專利名稱：一種9Ni鋼用燒結(jié)焊劑及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料生產(chǎn)領(lǐng)域，主要涉及一種9Ni鋼用燒結(jié)焊劑及其制造方法， 尤其適用于于9Ni鋼的埋弧焊接。
背景技術(shù)：
天然氣是當(dāng)今世界能源消耗中的重要組成部分，它與煤炭、石油并稱為世界能源 的三大支柱。天然氣是一種潔凈的能源。目前，世界各國(guó)為了改變能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境 狀態(tài)，都開始重視天然氣的開發(fā)和利用。我國(guó)基于對(duì)全球環(huán)境的負(fù)責(zé)態(tài)度以及豐富的天 然氣資源，也加大了對(duì)天然氣的利用，已經(jīng)開始在河南，新疆，廣東，福建進(jìn)行液化天然氣 (Liquefied natural gas簡(jiǎn)稱LNG)終端的建設(shè)，為適應(yīng)LNG的運(yùn)輸，還建造了大量的LNG 運(yùn)輸車和運(yùn)輸船。由于LNG具有的低溫特點(diǎn)，因此對(duì)LNG的運(yùn)輸及儲(chǔ)藏設(shè)備材料的性能尤 其是低溫性能要求極高，目前，可用的材料有不銹鋼、鋁合金和低溫鋼。在低溫鋼中，含鎳量 為8. 5 9. 5%的(國(guó)內(nèi)稱為9Ni鋼或Ni9鋼)，微觀組織為低碳馬氏體的鋼，在_196°C的 低溫環(huán)境下具有優(yōu)異低溫韌性。與同樣具有優(yōu)良低溫韌性的不銹鋼相比，有合金含量少、價(jià) 格便宜的優(yōu)點(diǎn)；與可在同一低溫下使用的鋁合金(如LF5)相比，有許用應(yīng)力大、熱膨脹率小 的優(yōu)點(diǎn)。因此成為-196°C級(jí)低溫設(shè)備和套器的重要鋼材，被大規(guī)模用于制造或建造液氮和 液化天然氣(LNG)貯罐。此外9Ni鋼還可以作為無磁鋼應(yīng)用在超導(dǎo)工程，核聚變工程。9Ni 鋼已經(jīng)有國(guó)內(nèi)廠家可以供貨，但與其配套的用于9Ni鋼的焊材主要還是依靠進(jìn)口，目前國(guó) 內(nèi)使用的9Ni鋼用焊絲采用歐美體系的ERNiCrMo-3焊絲配UP/BB444焊劑或林肯的P2000 焊劑焊接。國(guó)內(nèi)有個(gè)別廠家生產(chǎn)相應(yīng)焊劑，但焊接效果較差。且目前國(guó)內(nèi)暫無9M鋼用埋 弧焊燒結(jié)焊劑的相關(guān)專利。本文提出了一種配合ERNiMo-8焊絲焊接9M鋼的新型燒結(jié)焊 劑?？梢詰?yīng)用于LNG罐的焊接，并且各項(xiàng)機(jī)械性能及工藝性能均達(dá)到使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
9M鋼為低碳馬氏體鋼，針對(duì)9M鋼具有的低溫韌性好，線膨脹系數(shù)大，直流焊 接時(shí)磁偏吹大的特點(diǎn)，本發(fā)明的目的是開發(fā)出一種9M鋼用燒結(jié)焊劑及其制造方法，配合 ERNiMo-S焊絲焊接，獲得符合LNG設(shè)備性能要求的焊縫。本發(fā)明提出的焊劑含有重?zé)V砂、剛玉以及用作還原劑的金屬錳、硅鐵、鈦鐵，用 作改善脫渣性和焊縫成型的金紅石、氟化鎂、硅灰石，氧化鉻綠，用作調(diào)整熔渣物理性能和 去氫性能的螢石、冰晶石，用作調(diào)節(jié)焊縫金屬性能的碳酸鍶；本發(fā)明所涉及的焊劑為低氫型 堿性燒結(jié)焊劑，以重?zé)V砂、氟化物和硅酸鹽為主，同時(shí)添加少量鐵合金，各組分及其含量 如下重?zé)V砂20 30%、螢石8 18%、剛玉20 30%、鉀冰晶石1 3%、硅灰 石10 20%、碳酸鍶2 8%、金紅石1 5%、硅鐵1 3%、鈦鐵1 3%、金屬錳 1 5%、氟化鎂1 5%、氧化鉻綠1 3%。一種9M鋼用燒結(jié)焊劑的制造方法，其特征是將上述原料混合均勻后，加入原料
3重量23 25%的M =2. 6，室溫下Be = 42 45的鉀鈉水玻璃，鉀鈉水玻璃的比例為K Na =3 1 ；經(jīng)150°C 士 10°C低溫烘焙2h，800°C 士30°C高溫烘焙lh，然后隨爐冷卻，過12 60目篩，即成成品燒結(jié)焊劑。本發(fā)明燒結(jié)焊劑中各成分的主要作用簡(jiǎn)述如下重?zé)V砂主要作用是造渣，調(diào)節(jié)熔渣的熔點(diǎn)、粘度、表面張力和流動(dòng)性，改善焊縫 成型，減少飛濺，脫硫。當(dāng)電熔鎂砂含量超過30%時(shí)，熔渣的粘度降低，熔渣流動(dòng)性變差，覆 蓋性降低，當(dāng)重?zé)V砂含量低于20%時(shí)，熔渣流動(dòng)性過好，導(dǎo)致焊縫成形變差。因而將焊劑 中電熔鎂砂含量控制在20 30%，優(yōu)選的含量范圍為25 30%。螢石適量的螢石可以降低液態(tài)金屬的表面張力，改善熔渣的物理性能，使得焊縫 成型美觀，降低焊縫氣孔敏感性，并能夠降低熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量。螢石含量低于8%時(shí)， 使得焊縫成型不好，焊縫中易出氣孔。當(dāng)螢石含量超過18%時(shí)，使電弧穩(wěn)定性變差，因此控 制焊劑中螢石的含量為8 18%，優(yōu)選的含量范圍為8 13%。剛玉主要作用是造渣，調(diào)節(jié)熔渣的熔點(diǎn)，粘度及改善熔渣的堿度。當(dāng)剛玉含量低 于20%時(shí)，熔渣的熔點(diǎn)及粘度較低，覆蓋性較差；當(dāng)剛玉含量高于30%時(shí)，熔渣熔點(diǎn)過高， 焊接時(shí)液體熔渣的鋪展性較差，使得熔渣的覆蓋性大幅度降低。焊接時(shí)電弧穩(wěn)定性變差。因 而控制焊劑中剛玉含量為20 30%，優(yōu)選的含量范圍為25 30%。鉀冰晶石主要作用是造渣、調(diào)節(jié)熔渣的物理性能和改善電弧穩(wěn)定性，還具有除氫 作用。冰晶石含量超過3%時(shí)，電弧穩(wěn)定性變差，冰晶石含量低于時(shí)，除氫效果較差，因 而限制焊劑中冰晶石含量為1 3%。硅灰石主要用作造渣，改善電弧穩(wěn)定性及熔滴過渡性能，還具有除硫作用。當(dāng)硅 灰石含量低于10 %時(shí)，造渣量較少，對(duì)焊縫保護(hù)效果較差，熔滴過渡顆粒較大，焊縫波紋較 粗，當(dāng)硅灰石含量高于20%時(shí)，會(huì)增大對(duì)焊縫的滲硅，影響焊縫的性能。因而應(yīng)控制焊劑中 硅灰石含量為10 20%，優(yōu)選的含量范圍為10 14%。碳酸鍶主要用作脫氧、脫硫、脫磷，改善焊縫的機(jī)械性能。在鋼中溶解度較低，可 以減少焊縫金屬中雜質(zhì)總量并改變夾雜物形態(tài)，細(xì)化晶粒，提高鋼材的機(jī)械性能。當(dāng)碳酸鍶 含量小于2%時(shí)，焊縫的硫磷含量有明顯變化，當(dāng)碳酸鍶大于8%以后。焊縫的硫磷含量變 化極小，因此應(yīng)控制焊劑中碳酸鍶的含量為2 8%，優(yōu)選的含量范圍為4 6%。金紅石主要用作改善脫渣性。當(dāng)焊劑中金紅石含量小于時(shí)，焊縫有部分粘渣 現(xiàn)象，當(dāng)焊劑中金紅石含量達(dá)到5 %時(shí)，熔渣脫落完全，無粘渣現(xiàn)象。因此控制焊劑中金紅石 含量為1 5%，優(yōu)選的含量范圍為1 3%。鈦鐵和硅鐵鈦鐵和硅鐵加入主要起到脫氧的作用，鈦鐵，硅鐵含量小于時(shí)， 無縫達(dá)到脫氧效果，硅鐵加入量高于3%時(shí)，會(huì)增加焊縫中硅含量。鈦鐵達(dá)到3%脫氧效果 最好，因而控制硅鐵和鈦鐵加入量均為1 3%。金屬錳加入主要起到脫氧和調(diào)節(jié)熔渣粘度的作用，并且過渡到金屬中與鉬配合 調(diào)整焊縫金屬的低溫沖擊韌性。錳加入量低于時(shí)，韌性調(diào)整效果較差，錳加入量達(dá)到 5%時(shí)，韌性調(diào)整效果達(dá)到最佳，因此控制焊劑中金屬錳的含量為1 5%，優(yōu)選的含量范圍 為1 3%。氟化鎂主要用作調(diào)整熔渣的覆蓋性，還有除氫作用。當(dāng)氟化鎂含量小于時(shí)， 熔渣有覆蓋不良現(xiàn)象，當(dāng)氟化鎂含量達(dá)到5%時(shí)，熔渣覆蓋良好，因此焊劑中氟化鎂的含量
4應(yīng)控制在1 5%，優(yōu)選的含量范圍為3 5%。氧化鉻綠主要用作在補(bǔ)償焊縫中鉻的燒損，抑制焊縫表面氧化色。當(dāng)氧化鉻綠加 入量低于1 %時(shí)，焊縫表面較大面積存在氧化色，當(dāng)氧化鉻綠加入量高于3 %時(shí)，熔渣的渣 殼變硬，降低坡口內(nèi)脫渣性，因而氧化鉻綠的加入量應(yīng)控制在1 3%。發(fā)明的效果1、焊縫工藝性能優(yōu)良。焊接時(shí)電弧穩(wěn)定、焊縫表面白亮無氧化色，熔渣自動(dòng)翹起， 輕觸即脫。焊縫成型美觀，焊道高度適中，焊縫浸潤(rùn)角適中。2、可與ERNiMo-8焊絲配合使用，綜合機(jī)械性能優(yōu)良。3、可與ERNiMo-8焊絲配合使用，熔敷金屬化學(xué)成分容易控制。
具體實(shí)施例方式結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以說明實(shí)施例下面給出焊劑成分具體配比如表1。其制造方法是把配方中的礦物原料及鐵合金 經(jīng)過5min干混后，加入水玻璃濕混，水玻璃的M = 2. 6，室溫下Be = 42 45，鉀鈉水玻璃 的比例為K Na = 3 1 ；然后造粒，在大氣環(huán)境下干燥3h，放入烘箱中低溫150°C烘焙2h 后，高溫800°C烘焙lh，隨爐冷卻，再破碎過篩獲得12 60目的成品焊劑。經(jīng)150°C 士 10°C 低溫烘焙2h，800°C 士30°C高溫烘焙lh，然后隨爐冷卻，過12 60目篩，即成成品燒結(jié)焊 劑。采用ERNiMo-8焊絲配合本發(fā)明燒結(jié)焊劑進(jìn)行熔敷，熔敷金屬化學(xué)成分及性能分 別列于表2和表3。表1實(shí)施例成分配比及烘焙制度
權(quán)利要求
一種9Ni鋼用燒結(jié)焊劑，其特征是本發(fā)明提出的焊劑含有重?zé)V砂、剛玉以及用作還原劑的金屬錳、硅鐵、鈦鐵，用作改善脫渣性和焊縫成型的金紅石、氟化鎂、硅灰石，氧化鉻綠，用作調(diào)整熔渣物理性能和去氫性能的螢石、冰晶石，用作調(diào)節(jié)焊縫金屬性能的碳酸鍶；本發(fā)明所涉及的焊劑為低氫型堿性燒結(jié)焊劑，以重?zé)V砂、氟化物和硅酸鹽為主，同時(shí)添加少量鐵合金，各組分及其含量如下重?zé)V砂20～30％，螢石8～18％，剛玉20～30％，鉀冰晶石1～3％，硅灰石10～20％，碳酸鍶2～8％，金紅石1～5％，硅鐵1～3％，鈦鐵1～3％，金屬錳1～5％，氟化鎂1～5％，氧化鉻綠1～3％。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種9M鋼用燒結(jié)焊劑，其特征是 量為25 30%。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種9M鋼用燒結(jié)焊劑，其特征是 8 13%。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種9M鋼用燒結(jié)焊劑，其特征是 20 25%。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種9M鋼用燒結(jié)焊劑，其特征是 為10 14%。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種9M鋼用燒結(jié)焊劑，其特征是 為4 6%。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種9M鋼用燒結(jié)焊劑，其特征是 為1 3%。
8.按照權(quán)利要求1所述的一種9M鋼用燒結(jié)焊劑，其特征是 為3 5%。
9.按照權(quán)利要求1所述的一種9M鋼用燒結(jié)焊劑，其特征是 為1 3%。
10.一種權(quán)利1所述9M鋼用燒結(jié)焊劑的制造方法，其特征是將上述原料混合均勻 后，加入原料重量23 25%的M = 2. 6，室溫下Be = 42 45的鉀鈉水玻璃，鉀鈉水玻璃 的比例為K Na = 3 1 ；經(jīng)150°C 士 10°C低溫烘焙2h，800°C 士30°C高溫烘焙lh，然后隨 爐冷卻，過12 60目篩，即成成品燒結(jié)焊劑。所述重?zé)V砂的優(yōu)選含 所述螢石的優(yōu)選含量為 所述剛玉的優(yōu)選含量為 所述硅灰石的優(yōu)選含量 所述碳酸鍶的優(yōu)選含量 所述金紅石的優(yōu)選含量 所述氟化鎂的優(yōu)選含量 所述金屬錳的優(yōu)選含量
全文摘要
本發(fā)明屬于焊接材料生產(chǎn)領(lǐng)域，提出的一種9Ni鋼用燒結(jié)焊劑及其制造方法，燒結(jié)焊劑各組分及其含量為重?zé)V砂20～30％、螢石8～18％、剛玉20～30％、鉀冰晶石1～3％、硅灰石10～20％、碳酸鍶2～8％、金紅石1～5％、硅鐵1～3％、鈦鐵1～3％、金屬錳1～5％、氟化鎂1～5％、氧化鉻綠1～3％。其制造方法是將配方中的礦物原料及鐵合金經(jīng)過5min干混后，加入水玻璃濕混，然后造粒，在大氣環(huán)境下干燥3h，放入烘箱中低溫150℃烘焙2h后，高溫800℃烘焙1h，隨爐冷卻，再破碎過篩獲得12～60目的成品焊劑。本發(fā)明提出的焊劑配合ERNiMo-8焊絲焊接時(shí)，具有的特點(diǎn)是1)焊縫工藝性能優(yōu)良。焊接時(shí)電弧穩(wěn)定、焊縫表面白亮無氧化色，熔渣自動(dòng)翹起，輕觸即脫。焊縫成型美觀，焊道高度適中，焊縫浸潤(rùn)角適中。2)可與ERNiMo-8焊絲配合使用，綜合機(jī)械性能優(yōu)良。3)可與ERNiMo-8焊絲配合使用，熔敷金屬化學(xué)成分容易控制。
文檔編號(hào)B23K35/362GK101954553SQ201010292568
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者劉鵬飛, 張曉 , 王效蓮 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所