一種超低溫鋼用鎳基焊條及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，具體為一種超低溫鋼用鎳基焊條及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著國內(nèi)外9Ni鋼的廣泛運(yùn)用，以及LNG儲罐工程的迅猛增加，超低溫鋼用焊接 材料的需求量也迅速增大，致使LNG超低溫儲罐工程造價(jià)不斷提高。因而，實(shí)現(xiàn)LNG超低溫 儲罐內(nèi)罐材料的國產(chǎn)化具有重大的、深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。而超低溫概念在世界范圍內(nèi)沒有統(tǒng) 一標(biāo)準(zhǔn)，但目前通常將各種液化石油氣、液氮、液氧等生產(chǎn)、存儲容器和輸送管道以及在寒 冷地區(qū)服役的設(shè)備稱為低溫裝備，制造這些裝備的鋼稱為低溫鋼。而當(dāng)設(shè)計(jì)的使用溫度低 于-70°C后，就必須選用國外的低溫鋼材料。這些材料中，尤其是鎳含量為9%的鋼（美國 ASTM標(biāo)準(zhǔn)為SA353,以下簡稱9Ni鋼）的使用溫度最低，可以低于-196°C以下。但是，目 前我國還沒有這種超低溫鋼用焊接材料投入市場，也沒有相關(guān)文獻(xiàn)對此種焊接材料進(jìn)行研 究描述，國外也多用ENiCrMo-4或ENiCrMo-6焊條使用于超低溫環(huán)境下的儲罐設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對以上技術(shù)問題，提供一種滿足AWS A5. llENiCrFe-9要求的超 低溫鋼用鎳基焊條，采用該焊條焊接的9Ni鋼及LNG儲罐在超低溫下仍然具有良好的工藝 性能及機(jī)械性能，也可用于一些難焊合金，異種鋼的焊接。
[0004] 本發(fā)明的另外一個目的是提供具有以上性能的一種超低溫鋼用鎳基焊條的制備 方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：
[0006] -種超低溫鋼用鎳基焊條，該焊條包括焊芯、藥粉和粘結(jié)劑，其中，藥粉與焊條質(zhì) 量比為25-27 :100,藥粉與粘結(jié)劑質(zhì)量比為100 :25-30。
[0007] 焊芯成分質(zhì)量百分比為以藥粉占焊條的質(zhì)量百分比計(jì)，藥粉中各原料及質(zhì)量百分 比如下：
[0008] 大理石 7-10 %、氟化鈉 0· 4-0. 55 %、純堿 0· 3-0. 4 %、鈮鐵 0· 5-0. 7 %、鉬鐵 1. 3-1. 5 %、金紅石 2. 5-2. 8 %、石英 2. 0-3. 5 %、螢石 6-8 %、金屬鉻 1. 2-1. 4 %、CMC 0. 4-0. 7%、碳酸鉀0. 8-1. 8%。粘結(jié)劑為20°C條件下41-43Be'的硅酸鉀與硅酸鈉的質(zhì)量 比為3:1的水玻璃，模數(shù)為3. 1M。
[0009] 作為優(yōu)選，以藥粉占焊條的質(zhì)量百分比計(jì)，藥粉中組份原料及質(zhì)量百分比如下：
[0010] 大理石7. 5 %、氟化鈉0. 47 %、純堿0. 33 %、鈮鐵0. 6 %、鉬鐵1. 4 %、金紅石 2. 65%、石英 2. 8%、螢石 7%、金屬鉻 I. 3%、CMC0. 5%、碳酸鉀 1.4%。
[0011] 一種超低溫鋼用鎳基焊條的制備方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟一、將藥皮各成分的粉料按比例混合均勻；
[0013] 步驟二、加入藥粉總成分質(zhì)量25-30%的粘結(jié)劑攪拌混合均勻（進(jìn)行不小于30min 的攪拌），送入焊條涂壓機(jī)內(nèi)按14-16MPa的壓力將其裹覆于焊芯上；
[0014] 步驟三、再經(jīng)低溫80-90°C烘焙I. 5-2小時、高溫300°C烘焙1-2小時烘焙烘焙，即 成。
[0015] 采用本發(fā)明制備得到的焊條，其常溫熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度多650Mpa、屈服強(qiáng)度 彡400Mpa、延伸率彡25%、-196°C沖擊達(dá)到47J。
[0016] 本發(fā)明藥粉中各成分的主要作用如下：
[0017] 大理石：焊條中使用大理石，在電弧熱的作用下分解成CaO和0)2是焊條制造中及 常用的建渣造氣材料，提高熔渣堿度，提高熔敷金屬純凈度，降低夾雜物量，穩(wěn)定電弧增大 熔渣與金屬界面張力和表面張力，改善脫渣。
[0018] 螢石：調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)和粘度，增加溶渣的流動性，改善熔渣的物理性能對焊縫成 型、脫渣等起關(guān)鍵作用，也是降低焊縫中擴(kuò)散氫的主要材料，但因氟的存在，會造成電弧不 穩(wěn)定，并產(chǎn)生有毒氣體，應(yīng)該合理控制比例。
[0019] 石英：主要作用是造渣，可降低熔渣堿度，并向焊縫滲硅，因而可提高電弧電壓，細(xì) 化熔滴。
[0020] 金紅石：造渣、穩(wěn)弧，調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)、粘度、表面張力及流動性，改善焊縫成型，減 少飛濺。
[0021] 鉬鐵：鉬能顯著提高焊縫金屬的強(qiáng)度，有細(xì)化晶粒的作用，適當(dāng)?shù)你f鐵加入量可提 高焊縫的強(qiáng)度、硬度及熱穩(wěn)定性；但過高則會影響焊縫金屬韌性。
[0022] 鈮鐵：加入鈮鐵能提高強(qiáng)度塑性以及耐蝕性，但鈮與硅易生產(chǎn)Nb4Si，是一種低熔 點(diǎn)化合物，因此應(yīng)適當(dāng)控制硅的含量。
[0023] 碳酸鉀：主要起穩(wěn)弧作用，但往往會使藥皮吸潮而泛黃，固需要合理使用。
[0024] 純堿、CMC :加入純堿和CMC是為了改善焊條的壓涂性能。
[0025] 在藥粉組分中加入大理石、氟化物、石英、金紅石，并合理配比各種組分的比例，保 證焊條獲得良好的力學(xué)性能與焊接工藝性能，加入金屬鉻、鈮鐵、鉬鐵、等組分使焊條獲得 合適的熔敷金屬化學(xué)成分，獲得良好的力學(xué)性能，加入純堿、CMC保證焊條的生產(chǎn)工藝性能， 提高焊條的壓涂性能。通過對焊芯成分與大理石、氟化物、石英、金紅石、金屬鉻、鈮鐵、鉬鐵 等組分的比例保證焊條獲得良好的工藝性能與力學(xué)性能，獲得純凈度高的熔敷金屬。
[0026] 本發(fā)明即通過上述藥粉成分的有機(jī)組配并與碳鋼焊芯配合從而實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的。 焊芯可以從市場上購買。
[0027] 而本專利研究的該焊條是鉻鎳耐熱合金焊條。焊縫具有優(yōu)良的塑性、韌性和抗裂 性能。焊縫金屬在室溫和超低溫下均具有較高的強(qiáng)度和很強(qiáng)的耐蝕能力，還可焊接有耐熱、 耐蝕要求的鎳基合金，也可用于一些難焊合金、異種鋼的焊接及堆焊。我公司及武漢一冶鋼 結(jié)構(gòu)有限責(zé)任公司聯(lián)合研制了該焊條，解決了該類焊條主要依靠進(jìn)口，且進(jìn)口價(jià)格高周期 長等不足，滿足了市場需求。
[0028] 本發(fā)明的積極效果為：
[0029] ( -）、有效地提高了焊縫整體性能，以及焊接工藝性能良好，電弧穩(wěn)定、飛濺小、 焊縫成型美觀，脫渣好，可以實(shí)現(xiàn)全位置焊接等特點(diǎn)。制備方法簡單，操作方便；
[0030] (二）、該焊條可交直流使用，尤其是交流空載低壓60V能保證電弧流暢，保證了各 種使用條件下的適用性。由于鎳基焊條的熔敷金屬熔點(diǎn)較低、導(dǎo)熱性能差、熔融狀態(tài)下流動 性差等，導(dǎo)致本研究焊條存在液態(tài)金屬和熔渣的鋪展性差、焊縫成形差等問題。為了保證焊 縫金屬流動性好，成型美觀，因此需要加入大量稀渣的物質(zhì)，稀渣物質(zhì)如螢石等又會影響電 弧穩(wěn)弧性，故需要加入大量穩(wěn)弧且具有稀渣作用的物質(zhì)，如氟化鈉、碳酸鉀等，既保證了成 型的美觀，又保證了電弧的穩(wěn)定性。
[0031] (三）、本發(fā)明的焊條在交流環(huán)境下施焊，既可以減少磁偏吹，又能因?yàn)樗杈€能 量比直流更小，從而確保獲得更好的機(jī)械性能。而且本發(fā)明的焊條含F(xiàn)e高，含Mo、Nb低，通 過W、Cr的強(qiáng)化作用保證其在超低溫環(huán)境下的機(jī)械性能，比起國外習(xí)慣使用的ENiCrMo-3和 ENiCrMo-6來說，該發(fā)明的焊條相對成本較低。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下結(jié)合具體實(shí)例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述 主題范圍僅限于下述實(shí)施例。
[0033] 以下實(shí)施例中原料和焊芯來自于市場購買而得；對超低溫鋼進(jìn)行焊接，在常溫下 檢測熔敷金屬的性能。
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 取藥粉，以藥粉占焊條的質(zhì)量百分比計(jì)，藥粉各組分及其質(zhì)量份數(shù)如下：
[0036] 大理石8%、氟化鈉 (λ 5%、純堿(λ 33%、鈮鐵(λ 6%、鉬鐵L