CN101954553B

CN101954553B - 一种9Ni钢用烧结焊剂及其制造方法

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Publication number: CN101954553B
Application number: CN2010102925687A
Authority: CN
Inventors: 刘鹏飞; 王效莲; 张晓�
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: Luoyang Shuangrui Special Alloy Material Co., Ltd.
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: CN101954553A

Abstract

本发明属于焊接材料生产领域，提出的一种9Ni钢用烧结焊剂及其制造方法，烧结焊剂各组分及其含量为：重烧镁砂：20～30％、萤石：8～18％、刚玉：20～30％、钾冰晶石：1～3％、硅灰石：10～20％、碳酸锶：2～8％、金红石：1～5％、硅铁：1～3％、钛铁：1～3％、金属锰：1～5％、氟化镁：1～5％、氧化铬绿：1～3％。其制造方法是将配方中的矿物原料及铁合金经过5min干混后，加入水玻璃湿混，然后造粒，在大气环境下干燥3h，放入烘箱中低温150℃烘焙2h后，高温800℃烘焙1h，随炉冷却，再破碎过筛获得12～60目的成品焊剂。本发明提出的焊剂配合ERNiMo-8焊丝焊接时，具有的特点是：1)、焊缝工艺性能优良。焊接时电弧稳定、焊缝表面白亮无氧化色，熔渣自动翘起，轻触即脱。焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝浸润角适中。2)、可与ERNiMo-8焊丝配合使用，综合机械性能优良。3)、可与ERNiMo-8焊丝配合使用，熔敷金属化学成分容易控制。

Description

一种9Ni钢用烧结焊剂及其制造方法

技术领域

本发明属于焊接材料生产领域，主要涉及一种9Ni钢用烧结焊剂及其制造方法，尤其适用于于9Ni钢的埋弧焊接。

背景技术

天然气是当今世界能源消耗中的重要组成部分，它与煤炭、石油并称为世界能源的三大支柱。天然气是一种洁净的能源。目前，世界各国为了改变能源结构、改善环境状态，都开始重视天然气的开发和利用。我国基于对全球环境的负责态度以及丰富的天然气资源，也加大了对天然气的利用，已经开始在河南，新疆，广东，福建进行液化天然气(Liquefied naturalgas简称LNG)终端的建设，为适应LNG的运输，还建造了大量的LNG运输车和运输船。由于LNG具有的低温特点，因此对LNG的运输及储藏设备材料的性能尤其是低温性能要求极高，目前，可用的材料有不锈钢、铝合金和低温钢。在低温钢中，含镍量为8.5～9.5％的(国内称为9Ni钢或Ni9钢)，微观组织为低碳马氏体的钢，在-196℃的低温环境下具有优异低温韧性。与同样具有优良低温韧性的不锈钢相比，有合金含量少、价格便宜的优点；与可在同一低温下使用的铝合金(如LF5)相比，有许用应力大、热膨胀率小的优点。因此成为-196℃级低温设备和套器的重要钢材，被大规模用于制造或建造液氮和液化天然气(LNG)贮罐。此外9Ni钢还可以作为无磁钢应用在超导工程，核聚变工程。9Ni钢已经有国内厂家可以供货，但与其配套的用于9Ni钢的焊材主要还是依靠进口，目前国内使用的9Ni钢用焊丝采用欧美体系的ERNiCrMo-3焊丝配UP/BB444焊剂或林肯的P2000焊剂焊接。国内有个别厂家生产相应焊剂，但焊接效果较差。且目前国内暂无9Ni钢用埋弧焊烧结焊剂的相关专利。本文提出了一种配合ERNiMo-8焊丝焊接9Ni钢的新型烧结焊剂。可以应用于LNG罐的焊接，并且各项机械性能及工艺性能均达到使用要求。

发明内容

9Ni钢为低碳马氏体钢，针对9Ni钢具有的低温韧性好，线膨胀系数大，直流焊接时磁偏吹大的特点，本发明的目的是开发出一种9Ni钢用烧结焊剂及其制造方法，配合ERNiMo-8焊丝焊接，获得符合LNG设备性能要求的焊缝。

本发明提出的焊剂含有重烧镁砂、刚玉以及用作还原剂的金属锰、硅铁、钛铁，用作改善脱渣性和焊缝成型的金红石、氟化镁、硅灰石，氧化铬绿，用作调整熔渣物理性能和去氢性能的萤石、冰晶石，用作调节焊缝金属性能的碳酸锶；本发明所涉及的焊剂为低氢型碱性烧结焊剂，以重烧镁砂、氟化物和硅酸盐为主，同时添加少量铁合金，各组分及其含量如下：

重烧镁砂：20～30％、萤石：8～18％、刚玉：20～30％、钾冰晶石：1～3％、硅灰石：10～20％、碳酸锶：2～8％、金红石：1～5％、硅铁：1～3％、钛铁：1～3％、金属锰：1～5％、氟化镁：1～5％、氧化铬绿：1～3％。

一种9Ni钢用烧结焊剂的制造方法，其特征是：将上述原料混合均匀后，加入原料重量23～25％的M＝2.6，室温下Be＝42～45的钾钠水玻璃，钾钠水玻璃的比例为K∶Na＝3∶1；经150℃±10℃低温烘焙2h，800℃±30℃高温烘焙1h，然后随炉冷却，过12～60目筛，即成成品烧结焊剂。

本发明烧结焊剂中各成分的主要作用简述如下：

重烧镁砂：主要作用是造渣，调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成型，减少飞溅，脱硫。当电熔镁砂含量超过30％时，熔渣的粘度降低，熔渣流动性变差，覆盖性降低，当重烧镁砂含量低于20％时，熔渣流动性过好，导致焊缝成形变差。因而将焊剂中电熔镁砂含量控制在20～30％，优选的含量范围为25～30％。

萤石：适量的萤石可以降低液态金属的表面张力，改善熔渣的物理性能，使得焊缝成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。萤石含量低于8％时，使得焊缝成型不好，焊缝中易出气孔。当萤石含量超过18％时，使电弧稳定性变差，因此控制焊剂中萤石的含量为8～18％，优选的含量范围为8～13％。

刚玉：主要作用是造渣，调节熔渣的熔点，粘度及改善熔渣的碱度。当刚玉含量低于20％时，熔渣的熔点及粘度较低，覆盖性较差；当刚玉含量高于30％时，熔渣熔点过高，焊接时液体熔渣的铺展性较差，使得熔渣的覆盖性大幅度降低。焊接时电弧稳定性变差。因而控制焊剂中刚玉含量为20～30％，优选的含量范围为25～30％。

钾冰晶石：主要作用是造渣、调节熔渣的物理性能和改善电弧稳定性，还具有除氢作用。冰晶石含量超过3％时，电弧稳定性变差，冰晶石含量低于1％时，除氢效果较差，因而限制焊剂中冰晶石含量为1～3％。

硅灰石：主要用作造渣，改善电弧稳定性及熔滴过渡性能，还具有除硫作用。当硅灰石含量低于10％时，造渣量较少，对焊缝保护效果较差，熔滴过渡颗粒较大，焊缝波纹较粗，当硅灰石含量高于20％时，会增大对焊缝的渗硅，影响焊缝的性能。因而应控制焊剂中硅灰石含量为10～20％，优选的含量范围为10～14％。

碳酸锶：主要用作脱氧、脱硫、脱磷，改善焊缝的机械性能。在钢中溶解度较低，可以减少焊缝金属中杂质总量并改变夹杂物形态，细化晶粒，提高钢材的机械性能。当碳酸锶含量小于2％时，焊缝的硫磷含量有明显变化，当碳酸锶大于8％以后。焊缝的硫磷含量变化极小，因此应控制焊剂中碳酸锶的含量为2～8％，优选的含量范围为4～6％。

金红石：主要用作改善脱渣性。当焊剂中金红石含量小于1％时，焊缝有部分粘渣现象，当焊剂中金红石含量达到5％时，熔渣脱落完全，无粘渣现象。因此控制焊剂中金红石含量为1～5％，优选的含量范围为1～3％。

钛铁和硅铁：钛铁和硅铁加入主要起到脱氧的作用，钛铁，硅铁含量小于1％时，无缝达到脱氧效果，硅铁加入量高于3％时，会增加焊缝中硅含量。钛铁达到3％脱氧效果最好，因而控制硅铁和钛铁加入量均为1～3％。

金属锰：加入主要起到脱氧和调节熔渣粘度的作用，并且过渡到金属中与钼配合调整焊缝金属的低温冲击韧性。锰加入量低于1％时，韧性调整效果较差，锰加入量达到5％时，韧性调整效果达到最佳，因此控制焊剂中金属锰的含量为1～5％，优选的含量范围为1～3％。

氟化镁：主要用作调整熔渣的覆盖性，还有除氢作用。当氟化镁含量小于1％时，熔渣有覆盖不良现象，当氟化镁含量达到5％时，熔渣覆盖良好，因此焊剂中氟化镁的含量应控制在1～5％，优选的含量范围为3～5％。

氧化铬绿主要用作在补偿焊缝中铬的烧损，抑制焊缝表面氧化色。当氧化铬绿加入量低于1％时，焊缝表面较大面积存在氧化色，当氧化铬绿加入量高于3％时，熔渣的渣壳变硬，降低坡口内脱渣性，因而氧化铬绿的加入量应控制在1～3％。

发明的效果

1、焊缝工艺性能优良。焊接时电弧稳定、焊缝表面白亮无氧化色，熔渣自动翘起，轻触即脱。焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝浸润角适中。

2、可与ERNiMo-8焊丝配合使用，综合机械性能优良。

3、可与ERNiMo-8焊丝配合使用，熔敷金属化学成分容易控制。

具体实施方式

结合实施例对本发明加以说明：

实施例

下面给出焊剂成分具体配比如表1。其制造方法是把配方中的矿物原料及铁合金经过5min干混后，加入水玻璃湿混，水玻璃的M＝2.6，室温下Be＝42～45，钾钠水玻璃的比例为K∶Na＝3∶1；然后造粒，在大气环境下干燥3h，放入烘箱中低温150℃烘焙2h后，高温800℃烘焙1h，随炉冷却，再破碎过筛获得12～60目的成品焊剂。经150℃±10℃低温烘焙2h，800℃±30℃高温烘焙1h，然后随炉冷却，过12～60目筛，即成成品烧结焊剂。

采用ERNiMo-8焊丝配合本发明烧结焊剂进行熔敷，熔敷金属化学成分及性能分别列于表2和表3。

表1实施例成分配比及烘焙制度

表2实施例熔敷金属化学成分

表3实施例熔敷金属力学性能

试验工艺性：各实施例配方均脱渣良好，成形良好，熔敷金属表面无氧化色。配合ERNiMo-8焊丝的熔敷金属性能及化学成分达到AWS及神户制钢所标准要求。

Claims

1.一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是：所述的焊剂含有重烧镁砂、刚玉以及用作还原剂的金属锰、硅铁、钛铁，用作改善脱渣性和焊缝成型的金红石、氟化镁、硅灰石，氧化铬绿，用作调整熔渣物理性能和去氢性能的萤石、钾冰晶石，用作调节焊缝金属性能的碳酸锶；所述的焊剂为低氢型碱性烧结焊剂，以重烧镁砂、氟化物和硅酸盐为主，同时添加少量铁合金，各组分及其含量如下：

重烧镁砂：20～30％，萤石：8～18％，刚玉：20～30％，钾冰晶石：1～3％，硅灰石：10～20％，碳酸锶：2～8％，金红石：1～5％，硅铁：1～3％，钛铁：1～3％，金属锰：1～5％，氟化镁：1～5％，氧化铬绿：1～3％。

2.按照权利要求1所述的一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是：所述重烧镁砂的含量为25～30％。

3.按照权利要求1所述的一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是：所述萤石的含量为8～13％。

4.按照权利要求1所述的一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是：所述刚玉的含量为20～25％。

5.按照权利要求1所述的一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是：所述硅灰石的含量为10～14％。

6.按照权利要求1所述的一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是：所述碳酸锶的含量为4～6％。

7.按照权利要求1所述的一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是：所述金红石的含量为1～3％。

8.按照权利要求1所述的一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是：所述氟化镁的含量为3～5％。

9.按照权利要求1所述的一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是：所述金属锰的含量为1～3％。

10.一种权利要求1所述9Ni钢用烧结焊剂的制造方法，其特征是：将上述原料混合均匀后，加入原料重量23～25％的M＝2.6，室温下°Bé＝42～45的钾钠水玻璃，钾钠水玻璃的比例为K∶Na＝3∶1；经150℃±10℃低温烘焙2h，800℃±30℃高温烘焙1h，然后随炉冷却，过12～60目筛，即成成品烧结焊剂。