CN102744529A

CN102744529A - 一种适用于原油船货油舱焊接的埋弧焊丝

Info

Publication number: CN102744529A
Application number: CN2012102239323A
Authority: CN
Inventors: 钱伟方; 白岩; 曹能; 刘硕; 王怀龙
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2012-10-24

Abstract

一种适用于原油船货油舱焊接的埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：C 0.02~0.10%，Si 0.10~0.50%，Mn 0.60~1.00%，P＜0.015%，S＜0.010%，Ti 0.01~0.10%，Cr 0.10~0.50%，Al 0.01~0.10%，Cu 0.10~0.80%，Ni0.10~0.80%，其余为Fe和不可避免杂质。本发明埋弧焊丝，用于原油船货油舱耐腐蚀船板焊接，该焊丝与碱性焊剂匹配时能够获得适应原油船货油舱焊接接头要求的焊缝，其抗拉强度大于440MPa，焊缝金属-20℃冲击功大于100J，与原油船货油舱钢板强度匹配，而且又能适应不涂装工况，耐腐蚀性能与母板同步。

Description

一种适用于原油船货油舱焊接的埋弧焊丝

技术领域

本发明涉及埋弧焊丝，特别涉及一种适用于原油船货油舱焊接的埋弧焊丝，其抗拉强度大于440MPa，焊缝金属-20℃冲击功大于100J，与原油船货油舱钢板强度匹配，而且又能适应不涂装工况，耐腐蚀性能与母板同步。

背景技术

2010年5月，国际海事组织（IMO）海上安全委员会第87届会议通过了“原油船货油舱腐蚀防护”SOLAS修正案、《原油船货油舱保护涂层性能标准》和《原油船货油舱替代防腐措施性能标准》。从而使《原油船货油舱保护涂层性能标准》和《原油船货油舱替代防腐措施性能标准》成为《国际海上人命安全（SOLAS）公约》框架内的强制性要求。根据上述标准内容，2013年以后接的油船，原油船货油舱的防腐既可以是传统的涂层，也可以直接使用耐蚀钢而不做涂层。

耐腐蚀钢材质与普通船用钢板存在差异，在严格控制S、P等杂质元素的同时，添加了微量耐腐蚀合金成分，其对焊接工艺、焊接材料的要求也将有别于普通钢板。根据标准的耐腐蚀试验认证内容，其对焊接接头的要求是最严格的，如上甲板模拟试验要求进行最长的98天试验，而进行下底板试验时，母材的试验时间为72小时，而焊接接头的试验时间为168小时。对焊接接头的评价要求是焊缝与母材的结合区不出现台阶，这就要求焊缝与母材的腐蚀速率一致，对焊接材料的匹配提出了非常高的要求。

目前，国内多家钢企均在开展满足IMO标准要求的原油船货油舱钢板，并且已经取得了突破性的进展，但是与之匹配的具有相应耐腐蚀性能的埋弧焊丝还不完备。

目前已有的耐腐蚀焊丝主要以耐大气腐蚀和耐海水腐蚀为主，如中国专利CN101288924、CN101664863、CN1714985和CN1273897等，其腐蚀介质与原油船货油舱的腐蚀环境截然不同，因此在成分设计上也有很大的差异。

还有如中国专利CN102179641A是专门针对原油船货油舱的腐蚀环境设计的一种埋弧焊丝，该焊丝采用了高Mn低Cr的设计理念，同时加入了一些低熔点耐腐蚀元素，在牺牲部分韧性的基础上提高耐腐蚀性能。但是目前原油船货油舱所用的船板强度级别都比较低，以AH32为主，对焊缝的强度要求比较低，与母板成分以及强度差异太大对耐腐蚀的同步性是不利的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于原油船货油舱焊接的埋弧焊丝，用于原油船货油舱耐腐蚀船板焊接，该焊丝与碱性焊剂匹配时能够获得适应原油船货油舱焊接接头要求的焊缝，其抗拉强度大于440MPa，焊缝金属-20℃冲击功大于100J，与原油船货油舱钢板强度匹配，而且又能适应不涂装工况，耐腐蚀性能与母板同步。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种适用于原油船货油舱焊接的埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：C 0.02~0.10%，Si 0.10~0.50%，Mn 0.60~1.00%，P＜0.015%，S＜0.010%，Ti 0.01~0.10%，Cr 0.10~0.50%，Al 0.01~0.10%，Cu 0.10~0.80%，Ni0.10~0.80%，其余为Fe和不可避免杂质。

进一步，本发明埋弧焊丝还包含Mo 0~0.50%。

在本发明的成分设计中，

C元素含量对焊缝的强度和韧性具有较大的影响。当C含量较低时，焊缝强度较低，铁素体比例增加，韧性较高。当C含量较高时，焊缝强度增加，珠光体比例增加，焊缝韧性下降。将C含量控制在0.02~0.10%，用来提高焊缝的韧性。

Mn可以起脱氧作用，防止导致热裂纹产生的碳化铁夹杂物形成，促使铁素体晶粒和碳化物细化，从而提高焊缝的强度和韧性。同时Mn会偏析引起组织中的硬相，使抗HIC能力下降，因此讲Mn含量控制在1.0%以下。

加入适量Si、Al可以脱氧，阻止O与B结合，同时Al与N形成的AlN可以细化晶粒，提高焊缝的韧性。将Si含量控制在0.10~0.50%，Al含量控制在0.01~0.10%。

Ni在焊缝金属中作为强化元素，通过晶粒细化和固溶强化提高焊缝的强度，同时也能降低焊缝金属的韧脆转变温度。而且Ni本身对酸类具有良好的耐腐蚀性，是本发明中一个重要的控制元素，因此将Ni含量控制在0.10~0.80%。

Cu是一个非常重要的提高耐腐蚀性能元素，但是Cu含量超过1.0%时会大幅度降低焊缝的韧性，Cu含量在0.15~0.85%之间对焊缝金属既能强化又能韧化，还能提高焊接接头的耐腐蚀性，因此Cu含量控制在Cu0.10~0.80%。

Cr是一种固溶强化元素，能够提高焊缝的淬透性，作用与Mn类似。同时Cr也是一种比较常用的抗氧化性元素，能在钢的表面形成一层完整的、致密而稳定的氧化保护膜，因此Cr含量控制在0.10~0.50%。

Mo是较强的固溶强化元素，可以提高焊缝强度，另外Mo元素推迟奥氏体的转变温度，抑制先共析铁素体和侧板条铁素体的形成，促进晶内针状铁素体的形成，提高焊缝低温韧性。本发明通过Mo含量的控制可以调整焊缝金属的强度范围，因此将Mo含量控制在0~0.50%。

Ti与奥氏体中的N反应生成TiN颗粒，TiN具有很低的溶解度，在焊缝中形成很细的弥散物，可以有效的阻止晶粒长大，同时成为针状铁素体的形核核心，大大提高焊缝的韧性。将Ti含量控制在0.01~0.10%。

S、P是焊缝中的主要有害元素，将会降低焊缝金属的低温韧性，同时也会降低焊缝的抗H₂S应力腐蚀性能，尽量控制在一个较低的水平，其中S小于0.010，P小于0.015。

本发明设计的核心是针对原油船货油舱船板的特性，控制焊缝适当的强度，提高韧性，同时保持与船板腐蚀的一致性。因此，采用低C低Mn控制焊缝的强度和硬度在较低水平，提高抗HIC性能，通过加入Mo调整焊缝的强度范围，Mn控制在1%以下，C控制在0.1%以下，Mo控制在0～0.5%。采用适量的Ti、Ni元素提高焊缝的韧性，采用低S、P提高焊缝的抗H2S应力腐蚀。通过Cu、Ni、Cr的综合作用提高焊缝在原油船舱环境中的耐腐蚀性能，并且使得焊缝的腐蚀速度与母板一致。

本发明的有益效果

1.本发明焊丝焊前不需预热，焊后不用热处理，适用于多层多道焊。

2.本发明焊丝与碱性烧结焊剂配合，对原油船货油舱耐腐蚀船板进行焊接，所得焊缝金属具有匹配的强度和优良的低温冲击韧性，焊缝抗拉强度大于440MPa，焊缝冲击韧性大于100J（-20℃）。

本发明可用于原油船货油舱耐腐蚀船板的焊接，在不进行涂层防腐处理的情况下，与耐腐蚀船板具有相同的耐腐蚀性能，同时具有优良的力学性能。

附图说明

图1、图2为对比例1、2的下甲板焊接接头腐蚀试验后熔合线位置形貌（100X）照片。

图3、图4为本发明实施例1、2的下甲板焊接接头腐蚀试验后熔合线位置形貌（100X）照片。

图5、图6为对比例1、2的上甲板焊接接头腐蚀试验后熔合线位置形貌（100X）照片。

图7、图8为本发明实施例1、2的上甲板焊接接头腐蚀试验后熔合线位置形貌（100X）照片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

根据本发明的化学成分范围，采用真空感应炉冶炼7炉焊丝钢实施例见表1，采用常规埋弧焊丝制作工艺拉拔成直径为4mm的焊丝。

另选用两种使用的比较多埋弧焊丝作为比较例1、2。

对本发明中的实施例进行焊接试验，焊剂为碱性烧结焊剂，钢板采用宝钢研发的原油船活油轮耐腐蚀船板。焊接接头力学性能如表2所示。从表中可以看到，实施例的焊丝具有优良的力学性能，能够满足DH32船板的性能要求。

表1 单位：重量百分比

表2焊接接头拉伸及冲击性能

本发明焊丝的特点是具有与母板一致的耐腐蚀性能，因此还对焊接接头进行了模拟原油船货油舱下甲板和上甲板的腐蚀试验，腐蚀试验方法参照IMO（国际海事组织）提出的方法进行。

下甲板腐蚀试验时，试样悬挂于腐蚀溶液中，悬挂绳采用绝缘鱼线，直径为0.3-0.4mm，腐蚀溶液为10%NaCl溶液，用HCl调节pH=0.85，溶液每24小时更换一次，溶液的体积必须大于20ml/cm²（试样的面积），温度为30±2℃。判断焊接接头腐蚀试验成败的方法是在显微镜下看母材与焊缝金属之间有没有明显的台阶，具体量化的数值是焊缝面与母材面腐蚀后的高度差小于30μm。

上甲板腐蚀试验时，采用蒸馏水和模拟COT气体，通入气体成分为：4±1%O2-13±2%CO2-100±10ppmSO2-500±50ppmH2S-83±2%N2，试样表面距离水面有足够的距离以防止蒸馏水的飞溅。气体的流量为：前24小时至少100ml/分钟，24小时后至少20ml/分钟。采用循环腐蚀实验条件，单次循环时间为24个小时，其中试样在50±2℃下持续19±2hr，然后在25±2℃下持续3±2hr，温度转换时间至少为1小时。试样在50℃条件下，保持蒸馏水的温度不高于36℃。判断焊接接头腐蚀试验成败的方法是在显微镜下看母材与焊缝金属之间有没有明显的台阶，具体量化的数值是焊缝面与母材面腐蚀后的高度差小于30μm。

下甲板腐蚀试验结果如图1~图4所示，比较例1、2试样焊缝与母材的高度差为35μm左右，不满足规范要求，而本发明实施例1、2试样焊缝与母材的高度差非常小，在100倍显微镜下焊缝和母材基本在同一水平线上，高度差不到10μm，如图3、图4所示。

上甲板腐蚀试验结果如图5~图8所示，比较例1、2试样焊缝与母材的高度差分别为26μm和33μm左右，而本发明实施例1、2试样焊缝与母材的高度差非常小，在100倍显微镜下焊缝和母材基本在同一水平线上，高度差不到10μm。试验结果表明，本发明的实施例具有优良的耐腐蚀性能，完全符合IMO提出的合格标准。

Claims

1.一种适用于原油船货油舱焊接的埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：

C 0.02~0.10%；

Si 0.10~0.50%；

Mn 0.60~1.00%；

P＜0.015%；

S＜0.010%；

Ti 0.01~0.10%；

Cr 0.10~0.50%；

Al 0.01~0.10%；

Cu 0.10~0.80%；

Ni 0.10~0.80%，

其余为Fe和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的适用于原油船货油舱焊接的埋弧焊丝，其特征是，还包含Mo 0~0.50%，重量百分比计。