一種焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條的制作方法
【專利摘要】一種焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮，焊芯的成分及其含量（wt%）為：C≤0.02%，S≤0.01%，P≤0.01%，Ni≥99.0%，其余元素含量≤0.50%，各成分總量為100%；藥皮中粉料各成分重量百分比為：大理石10～20%，金紅石15～25%，螢石4～10%，鈦白粉1～5%，鉀冰晶粉1～5%，金屬鉻10～25%，金屬錳3～10%，鉬鐵8～15%，鎢鐵1～5%，鈦鐵1～5%，鈮鐵5～10%，有機(jī)物0～3%，純堿0～3%，各成分總量為100%；將各成分的粉料按照比例與占藥皮總質(zhì)量22%～30%的水玻璃均勻混合，送入壓涂機(jī)內(nèi)將其裹覆于焊芯上，經(jīng)過低溫烘焙以及高溫烘焙后即成。本發(fā)明焊接時(shí)電弧穩(wěn)定，飛濺小，脫渣好，焊縫成形美觀并且可全位置焊接。
【專利說明】—種焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎳基焊接材料，特別是一種適于焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼(亦稱9%Ni鋼)的新渣系鎳基電焊條。
【背景技術(shù)】
[0002]LNG (Liquefied Natural gas,液化天然氣)船是指將LNG從液化廠運(yùn)往接收站的專用船舶。由于LNG是被降溫到_163°C液體狀態(tài)的天然氣，因此LNG船在運(yùn)輸過程中必須將其保持在_163°C。因而工作環(huán)境要求制造LNG船的材料具有較好的低溫韌性以及在低溫環(huán)境中具有較好的強(qiáng)度。
[0003]鎳系低溫用鋼中9Ni鋼作為唯一可在_196°C低溫條件下服役的中合金低碳馬氏體型低溫鋼，在-196°C低溫條件下其沖擊吸收功可達(dá)200~300J，是深冷條件下韌性最好的材料，其優(yōu)良的低溫韌性、較高的強(qiáng)度、較好的抗疲勞性能、較好的耐腐蝕性能、熱膨脹率小、能夠制造出大尺寸鋼板和優(yōu)良的焊接性等優(yōu)異性能，使其已成為制造大型LNG貯罐最關(guān)鍵的材料之一。9Ni鋼的化學(xué)成分為:N1:8.5~9.5%, C:0.0005~0.012%, S1:0.05~0.4%, Mn:0.30 ~0.80%, S ≤ 0.005%, P ≤ 0.008%, Mo:0.05 ~0.013%，V ≤ 0.01% ;力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度Rm:680~820MPa，屈服強(qiáng)度ReH≥570MPa,伸長率A≥20%,沖擊值在-196°C時(shí)≥100J。目前9Ni鋼已經(jīng)廣泛應(yīng)用于低溫深冷設(shè)備，但是目前與9Ni鋼焊接相匹配的焊接材料較少，這極大的限制了 9Ni鋼焊接技術(shù)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供一種焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條，以達(dá)到與焊接9Ni鋼相匹配，并且使其熔敷金屬在_196°C下具有與母材相匹配的低溫沖擊韌性、較高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，從而使得9Ni鋼在LNG船儲(chǔ)罐上應(yīng)用時(shí)能夠充分發(fā)揮母材本身的優(yōu)良性能，同時(shí)焊條在焊接時(shí)電弧穩(wěn)定、焊縫成形美觀、飛濺小、脫渣好、可進(jìn)行全位置操作，焊縫能夠完全滿足LNG船儲(chǔ)罐的使用要求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮，所述焊芯的成分及其重量百分比含量為:c≤0.02%, S≤0.01%，P≤0.01%, Ni≥99.0%，其余元素含量≤0.50%，各成分總量為100%。
[0007]進(jìn)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10~20%，金紅石15~25%，螢石4~10%，鈦白粉I~5%，鉀冰晶粉I~5%，金屬鉻10~25%，金屬錳3~10%，鑰鐵8~15%，鎢鐵I~5%，鈦鐵I~5%，鈮鐵5~10%，有機(jī)物O~3%，純堿O~3%，各成分總量為100% ;將各成分的粉料按照比例均勻混合，再加入占所述藥皮總質(zhì)量22%~30%的水玻璃均勻混合，然后送入壓涂機(jī)內(nèi)按照常規(guī)方法將其裹覆于所述焊芯上，最后經(jīng)過低溫烘焙以及高溫烘焙后即成為所述電焊條。
[0008]進(jìn)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%，鈦白粉中TiO2含量^ 99%，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%，鉀冰晶粉中F含量≥54%且K含量≥15%。
[0009]進(jìn)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41。~43°之間。
[0010]進(jìn)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200~300。。。
[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(hù)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(hù)效果。
[0013]水玻璃:水玻璃只是作為粘結(jié)劑，由于含有Na所以還有穩(wěn)弧作用，但是過多過濃會(huì)造成焊速慢、飛濺大，渣的粘度提高，影響機(jī)械性能，其次模數(shù)過高促使藥皮快干性加強(qiáng)，使焊條藥皮易偏心，用時(shí)經(jīng)高溫烘干后藥皮強(qiáng)度亦會(huì)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]有機(jī)物:少量有機(jī)物可以改善壓涂性能。
[0016]鉀冰晶粉:鉀冰晶粉含有易電離元素K，使得電弧穩(wěn)定；含有Al可以脫氧，減少氧元素進(jìn)入焊縫；含有F可以去氫，減少焊縫的含氫量。
[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(jìn)行。
[0018]各合金:滲入合金，補(bǔ)充焊接過程中合金元素的燒損；補(bǔ)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:螢石能有效的去除H，可以降低液態(tài)金屬的表面張力，提高熔渣的流動(dòng)性，但是在焊接過程中螢石分解會(huì)產(chǎn)生有害氣體氟化氫，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)有的焊接9Ni鋼用電焊條相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)，參閱圖1和圖2:
[0021]1、焊接時(shí)電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣好、焊縫成形美觀、可進(jìn)行全位置焊接；
[0022]2、形成的焊縫具有良好的力學(xué)性能，尤其是在_196°C時(shí)仍具有良好的綜合力學(xué)性能；本發(fā)明的熔敷金屬力學(xué)性能達(dá)到:屈服強(qiáng)度:456MPa，抗拉強(qiáng)度:685MPa，伸長率37%，_196°C時(shí)沖擊值為105J，完全滿足9Ni鋼LNG船儲(chǔ)罐的焊接要求；熔敷金屬的化學(xué)成分及重量百分?jǐn)?shù)為:C 0.05%,Mn:2.0 ~4.0%, Si S 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 S 0.015%, N1:≥ 55%，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)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是使用本發(fā)明進(jìn)行平焊時(shí)焊縫熔渣的覆蓋情況示意圖。
[0024]圖2是使用本發(fā)明進(jìn)行平焊時(shí)焊縫脫渣后的外觀形貌示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，以下實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0026]本發(fā)明提供了一種焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條，其包括純鎳焊芯以及裹覆于該焊芯表面的藥皮。所述焊芯使用純鎳焊芯，這是因?yàn)榧冩嚭感緛碓磸V，易于加工，價(jià)格便宜；本發(fā)明關(guān)鍵在于焊芯成分，所述焊芯的成分及其重量百分比含量(wt%)為:C≤0.02%, S ≤ 0.01%, P ≤ 0.01%, Ni≥99.0%，其余元素含量≤0.50%，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10~20%,金紅石15~25%，螢石4~10%，鈦白粉I~5%，鉀冰晶粉I~5%，金屬鉻10~25%，金屬錳3~10%，鑰鐵8~15%，鎢鐵I~5%，鈦鐵I~5%，鈮鐵5~10%，有機(jī)物O~3%，純堿O~3%，各成分總量為100%;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%，鈦白粉中TiO2含量> 99%，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%，鉀冰晶粉中F含量≥54%且K含量≥15%。
[0028]將各成分的粉料按照比例均勻混合，再加入占所述藥皮總質(zhì)量22%~30%的水玻璃均勻混合，然后送入壓涂機(jī)內(nèi)按照常規(guī)方法將其裹覆于所述焊芯上，最后經(jīng)過低溫烘焙以及高溫烘焙后即成為所述電焊條；所述低溫烘焙的溫度為100~150°C，高溫烘焙的溫度為200~300°C ;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41。~43°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(gè)實(shí)施例。
[0030]以下1#、2#和3#實(shí)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1三實(shí)施例焊條藥皮粉料的成分配比(重量％)
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮，其特征在于:所述焊芯的成分及其重量百分比含量為:C ( 0.02%, S^0.01%, P^0.01%,Ni≥99.0%，其余元素含量≤0.50%，各成分總量為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條，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10~20%，金紅石15~25%，螢石4~10%，鈦白粉I~5%，鉀冰晶粉I~5%，金屬鉻10~25%，金屬錳3~10%，鑰鐵8~15%，鎢鐵I~5%，鈦鐵I~5%，鈮鐵5~10%，有機(jī)物O~3%，純堿O~3%，各成分總量為100% ;將各成分的粉料按照比例均勻混合，再加入占所述藥皮總質(zhì)量22%~30%的水玻璃均勻混合，然后送入壓涂機(jī)內(nèi)按照常規(guī)方法將其裹覆于所述焊芯上，最后經(jīng)過低溫烘焙以及高溫烘焙后即成為所述電焊條。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條，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%，鈦白粉中TiO2含量> 99%，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%，鉀冰晶粉中F含量≥54%且K含量^ 15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條，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41°~43°之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接LNG船儲(chǔ)罐用9Ni鋼的新渣系電焊條，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200~300°C。
【文檔編號(hào)】B23K35/365GK103753051SQ201410009476
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】何國, 王皇, 秦仁耀 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)