CN102430876B

CN102430876B - 一种镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条

Info

Publication number: CN102430876B
Application number: CN 201110328182
Authority: CN
Inventors: 黄义芳; 陈维富; 张克静
Original assignee: SICHUAN ATLANTIC CHINA WELDING CONSUMABLES Inc
Current assignee: SICHUAN ATLANTIC CHINA WELDING CONSUMABLES Inc
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102430876A

Abstract

该发明属于镍基电焊条。焊芯成分为(wt％)：Ni.50.0-68.0，Cr.18.0-23.0，Mo.6.0-11.0，Nb.3.0-6.0，Fe.2.50-9.00，C.0.01-0.1，Mn.0.10-1.00，Si.0.010-0.10，S≤0.015，P≤0.015，Cu.0.01-0.10，Co.0.003-0.010，余量为杂质；药皮成分以焊芯的重量百分比计：大理石12～18，萤石10-15，碳酸钡12-18，金红石5.0-6.4，铌铁3.5-5.0，金属铬粉3.3-4.5，纯碱0.45-0.65，电解锰0.45-0.65，锆英砂1.3-1.8；粘结剂为粉料总重量10-20％，经混合、裹覆于焊芯上及低、高温烘焙。该发明用于镍铬钼合金钢焊接、焊缝具有与母材匹配的优异的力学性能和耐腐蚀性，抗拉强度高、抗热裂纹性能优良；焊接工艺性好、成型美观，并可用于对低温工作下的Ni9％钢的焊接等特点。

Description

一种镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，特别是一种镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条，该焊条符合GB/T13814-2008中ENi6625的要求。主要用于镍铬钼合金钢、特别是UNS N06625(Inconel625)类合金钢的焊接、堆焊，也可用于工作在低温条件下的Ni9％钢的焊接。

背景技术

镍是重要的有色金属，纯镍有很高的强度和塑性，对所有碱性溶液非常稳定，在硝酸中也很不容易腐蚀、氢氟酸的浸蚀对它的作用也很缓慢。因此，常用镍和镍合金来制造化工和石油设备。目前国外已广泛应用因康镍600或康洛依800来制造化工和石油设备，在核反应堆工程中的浓缩铀核燃料扩散装置中也大量采用镍合金材料；此外，镍合金具有耐热性和良好的高温性能，因此在航空及宇航业中也得到广泛应用。UNS N06625(Inconel625)是一种低碳镍铬钼合金，具有的良好的耐腐蚀性和高强度，因而既能作为薄型结构件材料、还可用于生产接触海水并承受高机械应力的设备；由于其碳含量低，经过稳定化热处理、即使在650-900℃高温条件下经50小时仍然不会产生敏化倾向，并且获得了应用于-196～450℃温度压力容器的T&Uuml；V认证。UNS N06625的成分为(wt％)：Ni≤58、20≤Cr≤23、8≤Mo≤10、3.15≤Nb≤4.15、0≤Fe≤5、Al≤0.4、Ti≤0.4、C≤0.01、0≤Mn≤0.5、0≤Si≤0.5、S≤0.015、P≤0.015；其热轧板材的力学性能为：R_P0.2≥380Mpa，Rm≥760Mpa，A₅≥30％，该合金典型的应用领域为：

1.含氯化物的有机化学流程工艺的部件，尤其是在酸性氯化物催化剂的环境下工作的部件；

2.用于制造纸浆和造纸工业的蒸煮器和漂白池；

3.烟气脱硫系统中的吸收塔、再加热器、烟气进口挡板、风扇(潮湿)、搅拌器、导流板以及烟道等；

4.制造用于酸性气体环境的设备和部件；

5.乙酸和乙酐反应发生器；

6.硫酸冷凝器。

此外，人们对能源的需求越来越大，由于对能源结构的调整、环境保护的要求，天然气作为绿色能源正逐步替代煤炭和石油；液化天然气(Liquefied Natural Gas---LNG)的需求越来越大。然而，LNG的广泛应用需要建设大型的低温储罐，大型LNG储罐设备的制造，离不开相应的低温深冷设备专用材料9Ni钢。

目前普遍用于镍铬钼合金钢焊接的电焊条，如：在公开号为CN 101745759A、发明名称为《一种镍基焊条》的专利文献所公开的即属于此类焊条，该焊条用于9Ni钢焊接、其熔敷金属成分为：C.0.017％、S.0.0081％、P.0.005％、Si.0.821％、Mn.5.1％、Cr.15.1％、Ni.68.93％、Fe.7.83％、Cu.0.04％、TiO₂.1.42、Nb.1.37％；熔敷金属力学性能为：R_P0.2：410MPa，Rm：590MPa，A₅：36％。此类焊条存在熔敷金属的化学成份、力学及耐腐蚀性能与母材的匹配性差，其中镍的含量过高而又缺少钼元素，强度低、特别是抗拉强度及抗热裂纹性能与母材差距较大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对镍铬钼合金钢的成分、综合性能，以及镍基合金焊条的熔点较高等特点，研究开发一种镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条；以达到在对镍铬钼合金钢进行焊接、其焊接熔敷金属不但具有与母材相近的化学成分、而且具有与母材相匹配的优异的力学性能和高抗拉强度、优良的抗热裂纹性能和耐腐蚀性能，用于对镍铬钼合金钢焊接可充分发挥母材的优良性能、以及焊接时电弧稳定、飞溅小、脱渣好、成型美观，全位置操作性能好，并可用于对工作在低温条件下的Ni9％钢的焊接等目的。

本发明镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条包括镍铬钼钢丝(盘元)焊芯、以及裹覆于焊芯表面的药皮，关键在于以重量百分比计，焊芯成分为(wt％)：Ni.50.0-68.0wt％，Cr.18.0-23.0wt％，Mo.6.0-11.0wt％，Nb.3.0-6.0wt％，Fe.2.50-9.00wt％，C.0.01-0.1wt％，Mn.0.10-1.00wt％，Si.0.010-0.10wt％，S≤0.015wt％，P≤0.015wt％，Cu.0.01-0.10wt％，Co.0.003-0.010wt％，余量为杂质，以上焊芯中各成分的总量为100％；药皮以焊芯的重量百分比计、其成分为：大理石：12～18，萤石：10-15，碳酸钡：12-18，金红石：5.0-6.4，铌铁：3.5-5.0，金属铬粉：3.3-4.5，纯碱：0.45-0.65，电解锰：0.45-0.65，锆英砂：1.3-1.8；将各成分的粉料按比例混合均匀后，加入总成分重10-20％的粘结剂搅拌混合均匀，然后送入条压机内按常规方法将其裹覆于焊芯上，再经低温及高温烘焙，即成；其中药皮占焊芯重量的43％～60％。

上述药皮中各成份的含量：大理石中CaCO₃≥96％，萤石中CaF₂含量≥96％，碳酸钡中BaCO₃≥98.5％，金红石中TiO₂≥96％，铌铁中：Nb≥50％、Si≤2.5％、Al≤2.0％、FeO.20-30％，金属铬粉中Cr≥98％，纯碱中Na₂CO₃≥99％，电解锰中Mn≥99.5％，锆英砂中ZrO₂≥60％、SiO₂≤32％。而所述加入总成份重10-20％的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃、或钾钠水玻璃，其浓度为41°-43°。所述低温烘焙的温度为80-120℃；高温烘焙的温度为280-330℃。

本发明药皮原料中各成分的主要作用如下：

大理石：属于造渣、造气材料，在电弧热的作用下分解成CaO和CO₂能够提高熔渣的碱度，稳定电弧、细化熔滴，增大熔渣与金属界面张力，改善脱渣，并有较好的脱硫能力。

萤石：一定量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高熔渣的流动性，降低焊缝气孔，改善熔渣的物理性能，对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中氢含量的主要材料；但因焊接过程中萤石分解，同时产生有害气体-氟化氢、会造成电弧不稳定，因此需严格控制其用量。

碳酸钡：建渣、造气的材料，能够调整熔渣物理性能改善脱渣性的作用。

金红石：金红石的作用主要是稳弧、造渣，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅；在本发明中加入焊芯重5.0-6.4％的金红石，对焊缝成形、电弧稳定性起关键作用。

铌铁：铌铁的加入除主要向熔敷金属过渡(渗入)Nb元素外，铌铁中的FeO对焊条工艺性能也有促进作用。

电解锰：可起到脱硫、脱氧的作用，还可以向焊缝过渡(渗入)锰元素、提高焊缝强度。

纯碱：可改善焊条的压涂性能、同时也有稳弧作用，但加入量过多则导致药皮容易吸潮。

本发明即通过上述药皮成分的有机组配并与焊芯配合、从而实现本发明的目的。

因而本发明具有焊接时电弧稳定、基本无飞溅、脱渣好、焊缝成型美观、全位置焊接性能优良；采用本发明焊条对UNS N06625热轧板材进行焊接、其焊缝(熔敷金属)力学性能：平均值分别为：R_P0.2：540Mpa，Rm：830Mpa，A₅：33.5％，-196℃冲击值为64J，完全满足UNSN06625等类合金钢的焊接、堆焊，在540℃条件下使用焊缝性能稳定；也可满足工作在低温条件下的Ni9％钢的焊接要求，采用本发明焊条可充分发挥母材的优良性能、抗热裂纹性能优良，可有效提高焊接件使用性能及延长寿命等特点。

具体实施方式

实施例一

本实施例焊芯成分为(wt％)：C.0.05％，Mn.0.4％，Si.0.13％，S.0.005％，P.0.006％，Cr.21.5％，Ni.60％，Mo.9.1％，Cu.0.01％，Nb.3.1％，Fe.5.3％，Co.0.02％，余量为杂质。

以100kg焊芯为例，药皮中各成分重量如下：含CaCO₃ 97.5％的大理石13.0kg，含CaF₂的96.7％的萤石11.0kg，含BaCO₃98.8％的碳酸钡15.5kg，含TiO₂97.6％的金红石5.5kg，含Nb 56.5％、Si 1.5％、Al 0.8％、FeO 26.7％的铌铁3.8kg，金属铬粉3.5kg，纯碱0.50kg，电解锰(Mn≥99.5wt％)0.47kg，含ZrO₂ 62wt％、SiO₂ 25.5wt％锆英砂1.7kg。

将上述粉料混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃8.5kg搅拌混合均匀，送入条压机内按常规方法将其裹覆于焊芯上，再经低温88℃烘焙2小时、高温300℃烘焙1小时，即成。

本实施例所得焊条进行(直流反接)焊接试验：电弧稳定、基本无飞溅、脱渣性能好，焊缝成形美观；熔敷金属化学成分为(wt％)：C.0.015％，Mn.0.50％，Si.0.31％，S.0.009％，P.0.007％，Cr.21.8％，Mo.8.75％，Cu.0.04％，Nb.3.25％，Fe.5.5％，Co.0.05％，余量为Ni及不可避免的杂质。

实施例二

本实施例焊芯成分及药皮中各成分的主含量均与实施例一相同，仍以100kg焊芯为例：药皮中各成分重量：大理石13.5kg，萤石13.0kg，碳酸钡12.5kg，金红石5.3kg，铌铁3.8kg，金属铬粉4.00kg，纯碱0.53kg，电解锰0.52kg，锆英砂1.32kg；其余亦与实施例1相同。

本实施例所得焊条进行焊接试验，熔敷金属成分为：C：0.017％，Mn：0.5％，Si：0.35％，S：0.01％，P：0.005％，Cr：22.5％，Mo：8.65％，Fe：5.2％，Co：0.05％，Cu：0.04％，Nb：3.51％，余量为Ni及不可避免的杂质。

实施例三

本实施例焊芯成分及药皮中各成分的主含量均与实施例一相同，仍以100kg焊芯为例：药皮中各成分重量：大理石14.0kg，萤石12.5kg，碳酸钡13.5kg，金红石5.2kg，铌铁4.2kg，金属铬粉3.80kg，纯碱0.48kg，电解锰0.50kg，锆英砂1.40kg；其余亦与实施例1相同。

本实施例所得焊条进行焊接试验，熔敷金属成分为：C：0.021％，Mn：0.42％，Si：0.38％，S：0.008％，P：0.01％，Cr：21.9％，Mo：8.75％，Fe：5.8％，Co：0.06％，Cu：0.02％，Nb：3.42％，余量为Ni及不可避免的杂质。

上述实施例一、二及三：三组焊接熔敷金属各力学性能的平均值为：R_P0.2：540Mpa，Rm：830Mpa，A₅药皮中各成分重量：33.5％，-196℃冲击值为64J。

Claims

1.一种镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的药皮，其特征在于焊芯成份以重量百分比计为：Ni.50.0-68.0wt％，Cr.18.0-23.0wt％，Mo.6.0-11.0wt％，Nb.3.0-6.0wt％，Fe.2.50-9.00wt％，C.0.01-0.1wt％，Mn.0.10-1.00wt％，Si.0.010-0.10wt％，S≤0.015wt％，P≤0.015wt％，Cu.0.01-0.10wt％，Co.0.003-0.010wt％，余量为杂质，以上焊芯中各成分的总量为100％；药皮以焊芯的重量百分比计、其成分为：大理石：12～18，萤石：10-15，碳酸钡：12-18，金红石：5.0-6.4，铌铁：3.5-5.0，金属铬粉：3.3-4.5，纯碱：0.45-0.65，电解锰：0.45-0.65，锆英砂：1.3-1.8；将各成分的粉料按比例混合均匀后，加入总成分重10-20％的粘结剂搅拌混合均匀，然后送入条压机内按常规方法将其裹覆于焊芯上，再经低温及高温烘焙，即成；其中药皮占焊芯重量的43％～60％。

2.按权利要求1所述镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条，其特征在于所述药皮各成分中主成分的重量百分比含量：大理石中CaCO₃≥96％，萤石中CaF₂含量≥96％，碳酸钡中BaCO₃≥98.5％，金红石中TiO₂≥96％，铌铁中：Nb≥50％、Si≤2.5％、Al≤2.0％、FeO.20-30％，金属铬粉中Cr≥98％，纯碱中Na₂CO₃≥99％，电解锰中Mn≥99.5％，锆英砂中ZrO₂≥60％、SiO₂≤32％。

3.按权利要求1所述镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条，其特征在于所述加入总成份重10-20％的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃、或钾钠水玻璃，其浓度为41°-43°。

4.按权利要求1所述镍铬钼合金钢焊接用镍基电焊条，其特征在于所述低温烘焙的温度为80-120℃；高温烘焙的温度为280-330℃。