專門用于lng船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條的制作方法
【專利摘要】一種專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條，包括鎳合金焊芯及裹覆于該焊芯表面的藥皮，焊芯化學(xué)成分及其重量百分比含量為：C≤0.03％，S≤0.01％，P≤0.01％，Mn：0.5～1.5％，Mo：4～9％，Nb：1.5～2.5％，Si≤0.25％，F(xiàn)e≤1.0％，Cr：12～18％，余量為Ni，各成分總量為100％；所述藥皮粉料的成分及其重量百分比含量為：大理石20～35％，金紅石2～7％，螢石10～25％，金屬鉻5～13％，金屬錳5～10％，鉬鐵6～11％，鎢鐵4～8％，鈦鐵3～8％，硅鐵2～8％，鈮鐵5.3～9％，純堿0.5～2％，各成分總量為100％。本發(fā)明焊接工藝性好，焊接時電弧穩(wěn)定且飛濺小，焊后脫渣好，焊縫成形美觀并可全位置焊接，其熔敷金屬具有良好的力學(xué)性能，尤其是在-196℃時仍具有良好的綜合力學(xué)性能，完全滿足了9Ni鋼LNG船儲罐的焊接要求。
【專利說明】專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎳基焊接材料，特別是一種專門用于LNG船超低溫鋼(亦稱9%Ni鋼)焊接的聞效鎮(zhèn)基焊條。
【背景技術(shù)】
[0002]LNG(Liquefied Natural gas,液化天然氣)船是用于運輸液化天然氣的專用船舶。由于LNG是被降溫到_163°C液體狀態(tài)的天然氣，所以LNG船在運輸過程中必須將它保持在_163°C，因而LNG船的工作環(huán)境要求制造LNG船的材料具有優(yōu)異的低溫性能。
[0003]9% Ni鋼材由于其具有良好的極低溫度下的優(yōu)良韌性和高強度，而且與奧氏體不銹鋼和鋁合金相比具有熱脹系數(shù)低、經(jīng)濟性好、使用溫度最低可達(dá)_196°C的特點，因此自I960年通過研究證明不進行焊后消除應(yīng)力熱處理亦可安全使用以來，9% Ni鋼就成為用于制造大型LNG貯 罐的主要材料之一。如今9Ni鋼已經(jīng)廣泛應(yīng)用于低溫深冷設(shè)備，但是目前國內(nèi)與9Ni鋼焊接相匹配的焊接材料較少，這極大的限制了我國9Ni鋼焊接技術(shù)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條，以達(dá)到對9Ni鋼進行焊接，且使其熔敷金屬在_196°C下具有與母材相匹配的低溫沖擊韌性、較高的抗拉強度和屈服強度，從而使得9Ni在LNG船儲罐上應(yīng)用時能夠充分發(fā)揮母材本身的優(yōu)良性能，同時焊條在焊接時電弧穩(wěn)定、焊縫成形美觀、飛濺小、脫渣好以及能夠進行全位置操作。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮，其特征在于:所述焊芯為鎳合金焊芯，焊芯化學(xué)成分及其重量百分比含量為:C ≤ 0.03%，S ≤ 0.01%，P ≤ 0.01%，Mn:0.5 ~1.5%，Mo:4 ~9%，Nb:1.5 ~2.5%，Si≤0.25%, Fe≤1.0%, Cr:12~18%，余量為Ni，各成分總量為100%。
[0007]進一步地，所述的藥皮中粉料的成分及其重量百分比含量為:大理石20~35%，金紅石2~7%，螢石10~25%，金屬鉻5~13%，金屬錳5~10%，鑰鐵6~11%，鎢鐵4~8%，鈦鐵3~8%，硅鐵2~8%，鈮鐵5.3~9%，純堿0.5~2%，各成分總量為100 %;將各成分的粉料按照比例均勻混合，加入占所述藥皮總質(zhì)量25 %~35 %的水玻璃均勻混合，然后送入壓涂機內(nèi)按照常規(guī)方法將其裹覆于所述焊芯上，再經(jīng)過低溫烘焙以及高溫烘焙后，即成為所述鎳基焊條。
[0008]進一步地，所述的藥皮中各粉料的主要成分的質(zhì)量百分比含量如下:大理石中CaCO3含量≤96%，螢石中CaF2含量≤96%，金紅石中TiO2含量≤96%，鈮鐵中Nb含量為50~65 %，鎢鐵中W含量為70~80 %，金屬鉻中Cr含量≤99 %，金屬錳中Mn含量≤99 %，鑰鐵中Mo含量為55~65%，鈦鐵中Ti含量為25~35%，硅鐵中Si含量為40~45%。
[0009]進一步地，所述的水玻璃為鈉水玻璃、鉀水玻璃或者鉀鈉水玻璃，其波美濃度為40。~45。之間。
[0010] 進一步地，所述的低溫烘焙的溫度為100~150°C ;高溫烘焙的溫度為300~3500C ;低溫烘培時間和高溫烘焙時間均為I~1.5小時。
[0011]本發(fā)明的藥皮原材料中各成分的主要作用如下:
[0012]大理石:屬于造渣、造氣材料；大理石能增大熔渣堿度，增加了冶金去硫能力，降低了硅的滲入，增大了該渣系氣保護的比例，有利于渣的物化性質(zhì)的改善，有利于脫渣和渣的保護效果。
[0013]鈉水玻璃:水玻璃主要是作為粘結(jié)劑，由于含有Na所以還有穩(wěn)弧作用；但是過多過濃會造成焊速慢、飛濺大，渣的粘度提高，影響機械性能，其次模數(shù)過高促使藥皮快干性加強，使焊條藥皮易偏心，用時經(jīng)高溫烘干后藥皮強度亦會降低。
[0014]金紅石:改善脫渣性，使電弧更加穩(wěn)定；使焊縫成形美觀、熔渣覆蓋良好、減小飛濺。
[0015]鈦鐵:主要用來脫氧。
[0016]硅鐵:脫氧，可以有效的去氧；焊接時放熱，可以提高熔渣流動性，降低焊縫氣孔敏感性。
[0017]純堿:主要起潤滑作用，使焊條易于加工成形；另外提高水玻璃的穩(wěn)定性，阻止水玻璃水解反應(yīng)的進行。
[0018]合金:滲入合金，補充焊接過程中合金元素的燒損；補充焊縫中該合金成分，改善焊縫凝固組織，提高焊縫的力學(xué)性能以及物理化學(xué)性能。
[0019]螢石:螢石能有效地去除氫，可以降低液態(tài)金屬的表面張力，提高熔渣的流動性；但是在焊接過程中螢石分解會產(chǎn)生有害氣體氟化氫、會造成電弧的不穩(wěn)定，因此必須嚴(yán)格控制其用量。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0021]1、具有焊接時電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣好、焊縫成形美觀等優(yōu)良焊接工藝性能的優(yōu)點，可進行全位置焊接。
[0022]2、本發(fā)明焊后熔敷金屬具有低碳性(含碳量保持在0.04%左右，在Fe-C狀態(tài)圖中處于很小的“脆性溫度區(qū)間”)、高純度(含3≤0.03%，p≤0.02%)以及低含氫量等特性，其含Ni量高達(dá)55 %~66 %，含碳量與9Ni鋼相同，均為低碳型，即使考慮母材對焊縫金屬的稀釋作用，仍有足夠高的奧氏體組織避免熔合線出現(xiàn)硬脆馬氏體帶，因此本發(fā)明焊后熔敷金屬與9Ni鋼在室溫和高溫下的線脹系數(shù)基本相近，從而提供了降低9Ni鋼焊縫冷、熱裂紋傾向的基本條件，避免了因不均勻的熱脹冷縮造成的熱應(yīng)力；在嚴(yán)格控制擴散氫含量的條件下，本發(fā)明可基本避免9Ni鋼的焊接冷、熱裂紋傾向。
[0023]3、本發(fā)明焊后熔敷金屬的組份及其重量百分比為:C 0.05%, Mn:2.0~
4.0 %，S1:≤ 0.5%，Cr:12.0 ~17.0%，Mo:5.0 ~9.0%，Nb:0.5 ~2.0%，W:1.0 ~
2.0%,P 0.015%, S 0.015%, Ni 55%，見下列表2 ;化學(xué)成分完全符合鎳及鎳合金焊條的 GB/T13814ENi6620 標(biāo)準(zhǔn)和 AWS A5.llENiCrMo-6 標(biāo)準(zhǔn)。
[0024]4、形成的焊縫具有良好的屈服強度、抗拉強度以及沖擊韌性等力學(xué)性能，尤其是在-196°C時仍具有良好的綜合力學(xué)性能；見下列表3，本發(fā)明的熔敷金屬的平均力學(xué)性能達(dá)到:屈服強度:432MPa，抗拉強度:671MPa，伸長率47%，_196°C時沖擊值為115J，完全滿足了 9Ni鋼LNG船儲罐的焊接要求。
【具體實施方式】
[0025]下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，以下實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0026]本發(fā)明提供了一種專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條，其包括焊芯以及裹覆于該焊芯表面的藥皮。所述焊芯使用鎳合金焊芯，焊芯化學(xué)成分及其重量百分比含量為:C ( 0.03%, S ≤ 0.01%, P ≤0.01%, Mn:0.5 ~1.5%, Mo:4 ~9%，Nb:1.5 ~2.5%, Si ≤ 0.25%, Fe ≤ 1.0%, Cr:12 ~18%，余量為 Ni，各成分總量為 100%。
[0027]所述的藥皮中粉料的成分及其重量百分比含量為:大理石20~35%，金紅石2~7%，螢石10~25%，金屬鉻5~13%，金屬錳5~10%，鑰鐵6~11%，鎢鐵4~8%，鈦鐵3~8 %，硅鐵2~8 %，鈮鐵5.3~9 %，純堿0.5~2 %，各成分總量為100 % ;所述的各粉料的主要成分的質(zhì)量百分比含量如下:大理石中CaCO3含量≤96%，螢石中CaF2含量≤96%，金紅石中TiO2含量> 96%，鈮鐵中Nb含量為50~65%，鎢鐵中W含量為70~80%，金屬鉻中Cr含量≤99%，金屬錳中Mn含量≤99%，鑰鐵中Mo含量為55~65%，鈦鐵中Ti含量為25~35%，硅鐵中Si含量為40~45%。
[0028]將各成分的粉料按照比例均勻混合，加入占所述藥皮總質(zhì)量25%~35%的水玻璃均勻混合，然后送入壓涂機內(nèi)按照常規(guī)方法將其裹覆于所述焊芯上，再經(jīng)過低溫烘焙以及高溫烘焙后成為所述鎳基焊條。所述的低溫烘焙的溫度為100~150°C，時間為I~1.5小時；高溫烘焙的溫度為300~350°C，時間為I~1.5小時；所述的水玻璃為鈉水玻璃、鉀水玻璃或者鉀鈉水玻璃，其波美濃度為40°~45°之間。
[0029]以下為本發(fā)明中粉料不同重量百分比含量的三個實施例。
[0030]以下1#、2#和3#實施例中，焊芯直徑為3.2mm，除了藥皮粉料的重量百分比含量不同外，其余技術(shù)特征均相同。
[0031]表1實施例焊條的藥皮粉料的成分配比(重量％ )
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮，其特征在于:所述焊芯為鎳合金焊芯，焊芯化學(xué)成分及其重量百分比含量為:C ≤ 0.03%，S ≤ 0.01%，P ≤ 0.01%，Mn:0.5 ~1.5%，Mo:4 ~9%，Nb:1.5 ~2.5%，Si≤0.25%, Fe≤1.0%, Cr:12~18%，余量為Ni，各成分總量為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條，其特征在于:所述的藥皮中粉料的成分及其重量百分比含量為:大理石20~35%，金紅石2~7%，螢石10~25%，金屬鉻5~13%，金屬錳5~10%，鑰鐵6~11 %，鎢鐵4~8%，鈦鐵3~8 %，硅鐵2~8 %，鈮鐵5.3~9 %，純堿0.5~2 %，各成分總量為100 % ;將各成分的粉料按照比例均勻混合，加入占所述藥皮總質(zhì)量25%~35%的水玻璃均勻混合，然后送入壓涂機內(nèi)按照常規(guī)方法將其裹覆于所述焊芯上，再經(jīng)過低溫烘焙以及高溫烘焙后，即成為所述鎮(zhèn)基焊條。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條，其特征在于:所述的藥皮中各粉料的主要成分的質(zhì)量百分比含量如下:大理石中CaCO3含量≤96%，螢石中CaF2含量> 96%，金紅石中TiO2含量> 96%，鈮鐵中Nb含量為50~65%，鎢鐵中W含量為70~80%，金屬鉻中Cr含量≤99%，金屬錳中Mn含量≤99%，鑰鐵中Mo含量為55~65%，鈦鐵中Ti含 量為25~35%，硅鐵中Si含量為40~45%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條，其特征在于:所述的水玻璃為鈉水玻璃、鉀水玻璃或者鉀鈉水玻璃，其波美濃度為40°~45°之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的專門用于LNG船超低溫鋼焊接的高效鎳基焊條，其特征在于:所述的低溫烘焙的溫度為100~150°C ;高溫烘焙的溫度為300~350°C ;低溫烘培時間和高溫烘焙時間均為I~1.5小時。
【文檔編號】B23K35/30GK103978322SQ201410211362
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】何國, 王皇, 秦仁耀 申請人:上海交通大學(xué)