CN102500951B - 一种与9Ni钢配套用镍基电焊条 - Google Patents

Abstract

该发明属于9Ni钢配套用镍基电焊条。焊芯成分为(wt％)：C.≤0.02％、Mn.2.00-5.00％、Si.0.010-0.20％、Ni.55.0-70.0％、Fe.2.50-10.00％、Cu.0.05-0.30％、Cr.14.00-19.00％、Mo.7.00-10.00％、Nb.1.00-2.50％、C₀.0.001-0.010％、S≤0.010％、P≤0.020％、余量为杂质；药皮以焊芯的重量百分比计其成分为：大理石.9.0-10.5、萤石.7.0-8.5、碳酸钡.8.0-9.5、金红石.8.0-8.5、氟化物.4.0-5.0、铌铁粉.0.6-1.0、金属钨粉.1.2-1.5、纯碱.0.7-1.0、电解锰.1.0-1.5，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；在-196℃条件下使用仍具有良好的综合性能。

Description

一种与9Ni钢配套用镍基电焊条

技术领域

本发明涉及一种焊接加工用电焊条，特别是一种满足GB/T13814-2008中ENi6620要求的与9Ni钢(亦称Ni9钢、9％Ni钢)配套用镍基电焊条，采用该焊条焊接的9Ni钢低温设备在-196℃条件下使用仍具有良好的综合性能；也可用于UNS K81340类合金与其它钢种以及镍铬钼合金钢的焊接和堆焊。

背景技术

9Ni钢是一种在-196℃低温性条件下使用仍具有优良的力学性能的镍基合金钢板，其化学成分为：Ni：8.5-9.5％、C：0005-0.012％、Si：0.05-0.4％、Mn：0.30-0.80％、S≤0.005％、P≤0.008、Mo：0.05-0.013％、V≤0.01％、余量为铁及不可避免的杂质；力学性能：抗拉强度Rm：680-820Mpa、屈服强度ReH≥570Mpa、伸长率A≥20％、-196℃kv≥100J。该钢种与具有优良性能的不锈钢相比、具有合金含量少、价格便宜的优点；与低温用铝合金(如LF5)相比，有许用应力大、热膨胀率小的优点。因此成为-196℃级低温设备和容器的最重要结构材料，广泛用于制造液氮和液化天然气(Liquefied NaturalGas；简称LNG)贮罐；9Ni钢自1944年由美国INCO公司开发以来，截止1995年世界上已经建造出的最大9Ni钢储罐为14万m³。LNG的广泛应用需要建造大型的低温储罐，大型LNG储罐设备的制造，不但离不开相应的低温深冷设备专用材料9Ni钢，而且也离不开与9Ni钢相匹配的具有良好性能的焊接材料。然而，目前普遍采用的用于9Ni钢焊接的电焊条存在熔敷金属的力学性能普遍较差，特别是其中的抗拉强度Rm(一般均＜600MPa)和/或-196℃kv(一般为80-90J)与母材差距较大；例如、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％。因而，上述背景技术存在熔敷金属的化学成分与母材(9Ni钢)不匹配，抗拉强度、低温冲击性能(-196℃kv)远低于母材，用于9Ni钢大型低温储罐的焊接、大幅度地限制了大型低温储罐的使用性能及使用寿命，母材的优良性能得不到充分利用等弊病。

发明内容

本发明的目的在于针对9Ni钢的成分以及在低温环境下使用对其综合性能的要求，研究开发一种与9Ni钢配套用镍基电焊条，以达到在对9Ni钢进行焊接、其焊接熔敷金属在-196℃条件下依然具有与母材相匹配的高抗拉强度和低温冲击性能、很强的耐腐蚀性能，用于9Ni钢大型低温储罐等的焊接可充分发挥母材的优良性能、大幅度地提高大型低温储罐的使用性能及使用寿命，以及焊接时电弧稳定、飞溅小、脱渣好、成型美观，全位置操作性能好等目的。

本发明与9Ni钢配套用镍基电焊条包括镍铬钼钢丝(盘元)焊芯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％)：C.≤0.02wt％、Mn.2.00-5.00wt％、Si.0.010-0.20wt％、Ni.55.0-70.0wt％、Fe.2.50-10.00wt％、Cu.0.05-0.30wt％、Cr.14.00-19.00wt％、Mo.7.00-10.00wt％、Nb.1.00-2.50wt％、C₀.0.001-0.010wt％、S≤0.010wt％、P≤0.020wt％、余量为杂质，以上焊芯中各成分的总量为100wt％；药皮以焊芯的重量百分比计、其成分为：大理石.9.0-10.5、萤石.7.0-8.5、碳酸钡.8.0-9.5、金红石.8.0-8.5、氟化物.4.0-5.0、铌铁粉.0.6-1.0、金属钨粉.1.2-1.5、纯碱：0.7-1.0、电解锰：1.0-1.5，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；然后送入压条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；焊条中药皮重量为焊芯重量的40-50％。

上述药皮各成分中其主成分的含量(wt％)：大理石中CaCO₃≥96％，萤石中CaF₂≥96％，碳酸钡中BaCO₃≥98.5％，金红石中TiO₂≥96％，氟化物中：F.45-53％、Al.15-20％、K.25-30％，铌铁中：Nb≥50％、Si≤2.5％、Al≤2.0％、FeO.20-30％，金属钨粉中W≥99％。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350-400℃。

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，也是降低焊缝中氢扩散的主要材料；但因焊接过程中萤石分解，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。

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8.0-8.5％金红石，对焊缝成形、电弧稳定性起关键作用。

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。

氟化物：主要作用是造渣，改善焊条的工艺性能，对降低熔敷金属氢含量也是有益的；氟化物的含量超过8％时，就会恶化电弧的稳定性，为降低焊条焊接过程中的发尘量和毒性，因而在本发明中氟化物的加入量限制在焊芯重的4.0-5.0％。

铌铁：铌铁的加入除主要向熔敷金属过渡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镍铬钼焊芯配合、从而实现了本发明的目的。

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；尤其是在-196℃条件下使用仍具有良好的综合性能。采用本发明焊条对9Ni钢大型低温储罐焊接、其焊缝(熔敷金属)力学性能：RP_0.2：405MPa，Rm：670MPa，A5：50％，-196℃平均冲击值为120J，完全满足9Ni钢大型低温储罐等的焊接要求、并可充分发挥母材的优良性能、大幅度提高大型低温储罐的使用性能及寿命等特点。

具体实施方式

实施例1

本实施例焊芯成分为(wt％)：Ni.67.2％、Cr.15.76％、Mo.8.5％、C.0.014％、Mn.3.18％、Si.0.15％、Fe.3.52％、Cu.0.015％、Nb.1.32％、C₀.0.003％、S.0.002％、P.0.005％、余量为杂质；就100kg焊芯为例，药皮中各成分重量如下：含CaCO₃97.50％的大理石9.5kg，含CaF₂96.70％的萤石7.5kg，含BaCO₃98.8％的碳酸钡8.5kg，含TiO₂97.6％的金红石8.3kg，含F 50.3％、Al 18.2％、K.27.0％的氟化物5.0kg，含Nb 56.5％、Si 1.5％、Al 0.8％、FeO 26.7％的铌铁0.7kg，含W 99.2％的金属钨粉1.2kg，纯碱(工业纯)：0.85kg，电解锰1.3kg；将上述粉料拌混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃6.7kg混合均匀，然后送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经100℃低温烘焙2小时、380℃高温烘焙1小时，即成。

本实施例所得焊条(采用直流反接焊接)进行9Ni钢焊接实验，电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，全位置焊接性能优良，焊缝成型美观，焊道高度适中；其熔敷金属成分：Cr.14.10％、Mo.7.46％、C.0.016％、Mn.2.63％、Si.0.26％、Fe.4.74％、Cu.0.088％、Nb.0.542％、C₀.0.031％、S.0.002％、P.0.005％、余量为Ni及不可避免的杂质。

实施例2

本实施例焊芯成分与实施例1相同；仍就100kg焊芯为例，药皮中各成分重量如下：含CaCO₃97.50％的大理石10.0kg，含CaF₂96.70％的萤石7.0kg，含BaCO₃98.8％的碳酸钡9.5kg，含TiO₂97.6％的金红石8.0kg，含F 50.3％、Al 18.2％、K.27.0％的氟化物4.5kg，含Nb 56.5％、Si 1.5％、Al 0.8％、FeO 26.7％的铌铁0.7kg，含W 99.2％的金属钨粉1.3kg，纯碱(工业纯)：0.90kg，电解锰1.0kg；其余亦与实施例1相同。

本实施例所得焊条进行9Ni钢焊接实验，其熔敷金属成分：Cr.14.30％、Mo.7.71％、C.0.013％、Mn.2.44％、Si.0.22％、Fe.4.66％、Cu.0.068％、Nb.0.552％、C₀.0.028％、S.0.007％、P.0.004％、余量为Ni.及不可避免的杂质。

实施例3

本实施例焊芯成分与实施例1相同；仍就100kg焊芯为例，药皮中各成分重量如下：含CaCO₃97.50％的大理石9.80kg，含CaF₂96.70％的萤石8.0kg，含BaCO₃98.8％的碳酸钡9.0kg，含TiO₂97.6％的金红石8.5kg，含F 50.3％、Al 18.2％、K.27.0％的氟化物4.5kg，含Nb 56.5％、Si 1.5％、Al 0.8％、FeO 26.7％的铌铁0.8kg，含W 99.2％的金属钨粉1.4kg，纯碱(工业纯)：0.80kg，电解锰1.3kg；其余亦与实施例1相同。

本实施例所得焊条进行9Ni钢焊接实验，其熔敷金属成分：Cr.14.33％、Mo.7.68％、C.0.014％、Mn.2.55％、Si.0.225％、Fe.4.82％、Cu.0.079％、Nb.0.660％、C₀.0.025％、S.0.009％、P.0.005％、余量为Ni.及不可避免的杂质。

上述实施例1、2、3焊接实验，三组熔敷金属力学性能的平均值分别为：RP_0.2：405MPa，Rm：670Mpa，A₅：50％，-196℃平均冲击值为120J。

Claims (4)

1.一种与9Ni钢配套用镍基电焊条，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：C.≤0.02wt％、Mn.2.00-5.00wt％、Si.0.010-0.20wt％、Ni.55.0-70.0wt％、Fe.2.50-10.00wt％、Cu.0.05-0.30wt％、Cr.14.00-19.00wt％、Mo.7.00-10.00wt％、Nb.1.00-2.50wt％、Co.0.001-0.010wt％、S≤0.010wt％、P≤0.020wt％、余量为杂质，以上焊芯中各成分的总量为100wt％；药皮以焊芯的重量百分比计、其成分为：大理石.9.0-10.5、萤石.7.0-8.5、碳酸钡.8.0-9.5、金红石.8.0-8.5、氟化物.4.0-5.0、铌铁粉.0.6-1.0、金属钨粉.1.2-1.5、纯碱：0.7-1.0、电解锰：1.0-1.5，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；然后送入压条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；焊条中药皮重量为焊芯重量的40-50％。

2.按权利要求1所述与9Ni钢配套用镍基电焊条，其特征在于所述药皮中各成分的主成分含量：大理石中CaCO₃≥96wt％，萤石中CaF₂含量≥96wt％，碳酸钡中BaCO₃≥98.5wt％，金红石中TiO₂≥96wt％，氟化物中：F.45-53wt％、Al.15-20wt％、K.25-30wt％，铌铁中：Nb≥50wt％、Si≤2.5wt％、Al≤2.0wt％、FeO.20-30wt％，金属钨粉中W≥99wt％。

3.按权利要求1所述与9Ni钢配套用镍基电焊条，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所述与9Ni钢配套用镍基电焊条，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350-400℃。