CN102794579A

CN102794579A - 一种用于建造油船货油舱的耐蚀焊条

Info

Publication number: CN102794579A
Application number: CN2012103072093A
Authority: CN
Inventors: 齐彦昌; 彭云; 田志凌; 马成勇; 肖红军; 魏金山; 何长红; 张晓牧; 杨柏
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2012-08-25
Filing date: 2012-08-25
Publication date: 2012-11-28

Abstract

一种用于建造油船货油舱的耐蚀焊条，属于焊接技术领域。该焊条熔敷金属按质量百分数计包含：C：0.03-0.15%，Si：0.05-1.0%、Mn：0.1-2.0%、P≤0.025%、S≤0.012%、Ni：0.05-1.5%、Cu：0.05-1.0%、Ti：0.005-0.5%、0≤Cr≤1.0%、0≤Mo≤1.0%、0≤W≤1.0%、0≤B≤0.1%、0≤RE≤0.1%、0≤Al≤0.1%，余量为铁及其它不可避免的杂质。根据需求该焊条熔敷金属按质量百分数计还可以包含：0<Sb≤0.3%、0<Sn≤0.3%、0<As≤0.3%、0<Se≤0.3%、0<Pb≤0.3%中的至少一种。优点在于，焊条熔敷金属的成分设计合理，施焊后焊缝无需防腐处理就具有良好的耐均匀腐蚀和耐点蚀性能，提高了油船整体的耐腐蚀。

Description

一种用于建造油船货油舱的耐蚀焊条

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别是涉及一种用于建造油船货油舱的耐蚀焊条，施焊后得到的焊缝无需经过防腐处理，在原油的腐蚀环境下具有优良的耐均匀腐蚀和耐点蚀性能。

背景技术

油船货油舱在装有原油时，货油舱内处于极其复杂而恶劣的腐蚀环境。首先是货油舱内上甲板发生均匀腐蚀。在原油的运输过程中货油舱内充有防爆气体（5%O₂+13%CO₂+0.01%SO₂+0.1%H₂S+bal N₂），在昼夜交替下，油船货油舱内温度及湿度发生变化，在上甲板会凝结出水滴。由于货油舱内存在酸性气体，导致水滴中PH值比较低，这种酸水对甲板进行腐蚀形成铁锈，而形成的铁锈会作为催化剂促进气相中H₂S的氧化，在上甲板上生成固体硫。固体硫与铁锈交替生成，由于固体S很脆，这种腐蚀产物很容易从上甲板剥落，堆积到货油舱的下底板。资料表明，定期检查回收超大型油轮中以固体S为主的腐蚀产物高达300吨以上。控制固体S生成的关键是减少催化剂的生成，即减少铁锈。

另一方面，在货油舱的下底板发生点蚀，这在实际油船中是普遍存在的现象。经研究发现，原油中含有的盐水对下底板进行侵蚀，形成如“碗状”腐蚀坑，并且随着腐蚀的进行腐蚀坑中的PH下降，可达0.8左右，进而加速了腐蚀坑的扩展。此外，从甲板剥落的固体S也对点蚀起到加速的作用。因此对于提高下底板耐点蚀性能一方面是提高钢材的耐点蚀性能，另一方面是减少含有固体硫的腐蚀产物。焊缝作为货油舱组成的一部分同样面临着这些腐蚀问题。

当前油船货油舱的建造采用普通的船体钢和一般焊接材料，钢材和焊材本身耐蚀性能较差，解决这些问题最有效的方法，就是对货油舱内全面进行涂层防腐处理。但是由于涂覆面积庞大，而且每隔10年就需要重新涂覆，花费大量的人力和物力。因此国内外开展了无涂覆油船货油舱耐蚀钢的研究，如美国专利US2010000361、中国专利CN1946864、日本专利特开2003-82435、中国专利CN101389782、中国专利CN100562598。

采用现有技术生产的造船焊条与新开发耐蚀钢耐蚀性差异较大，不能满足耐蚀钢要求。而其他领域使用的低合金钢耐腐蚀焊条主要是针对大气腐蚀环境或者海水腐蚀环境，这与油船货油舱腐蚀环境差异很大，这些焊条不适合油船货油舱的焊接。本发明焊条是针对油船货油舱内特殊腐蚀环境而开发的新型耐蚀焊条。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于建造油船货油舱的耐蚀焊条，焊条与现有技术相比较，该焊条的成分设计合理，并且施焊后焊缝无需防腐处理就具有良好的耐均匀腐蚀和耐点蚀性能，提高了油船整体的耐腐蚀性。此外，焊缝具有良好的力学性能。

本发明焊条熔敷金属的化学成分（质量分数）为：C：0.03-0.15%，Si：0.05-1.0%、Mn：0.1-2.0%、P≤0.025%、S≤0.012%、Ni：0.05-1.5%、Cu：0.05-1.0%、Ti：0.005-0.5%、0≤Cr≤1.0%、0≤Mo≤1.0%、0≤W≤1.0%、0≤B≤0.1%、0≤RE≤0.1%、0≤Al≤0.1%，余量为铁及其它不可避免的杂质。

根据需求该焊条熔敷金属的化学成分（质量分数）中还可以含有：0<Sb≤0.3%、0<Sn≤0.3%、0<As≤0.3%、0<Se≤0.3%、0<Pb≤0.3%中的至少一种。

所述焊条可为钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型或低氢型焊条。

本发明中各合金元素的作用如下：

C是固溶强化元素，可以有效提高焊缝强度，为了达到所需要的强度碳含量应大于等于0.03%，但是C含量过高会导致焊缝裂纹倾向增加，韧性降低，所以C含量不超过0.15%。C的含量为0.03-0.15%。

Si可以提高焊缝金属的强度，同时在酸性环境Si可以提高焊缝耐腐蚀性。另一方面，Si含量过高会降低焊缝的韧性。Si含量为：0.05-1.0%。

Mn是主要强化元素之一，同时又是脱氧元素，所以Mn含量应大于等于0.1%，同时Mn含量超过2.0%后焊缝金属的韧性会降低。因此Mn含量为0.1-2.0%。

P、S是杂质元素，会降低焊缝的韧性，原则上含量越低越好，但会增加制造成本。因此，P和S应分别满足：P≤0.025%，S≤0.012%。

Ni是有效提高焊缝韧性元素，也是提高焊缝耐蚀性合金元素之一。Ni具有在润湿硫化氢环境下形成硫化物而改善锈层，以提高耐蚀性。但是Ni会增加成本，所以Ni含量为0.05-1.5%。

Cu是主要提高焊缝耐蚀性合金元素之一。Cu提高焊缝抵抗在干湿反复环境下酸性水引起的均匀腐蚀，并且在有硫化氢的情况下，通过形成难溶性的硫化物改善锈层而提高耐均匀腐蚀性和耐点蚀性，进而还具有存在固体S的情况下抑制点蚀产生。此外，能抑制固体S生成。为了充分发挥其耐蚀性Cu含量应大于等于0.05%。但是Cu含量过高会提高产生热裂纹的敏感性，所以Cu含量应小于等于1.0%。因此Cu含量应为0.05-1.0%。

Ti为有效脱氧元素，同时Ti和S可以形成TiS而抑制易成为腐蚀起点的MnS生成，提高焊缝耐均匀腐蚀性和耐点蚀性。但是钛含量过高会降低焊缝的低温韧性。因此本发明焊条Ti含量为0.005-0.5%。

Cr具有固溶强化元素，提高焊缝强度，但是Cr含量超过1%会明显降低焊缝的冲击韧性。因此Cr含量不超过1.0%。

Mo和W作用基本相似，一方面可以抑制固体硫生成，另一方面可以阻止氯离子对基体的侵蚀，从而提高焊缝的耐均匀腐蚀性和耐点蚀性。但是其含量过大会引起韧性降低，所以含量不应大于1.0%。

B：具有提高焊缝强度的作用，但是当B含量大于0.1%后会明显恶化焊缝韧性，所以B含量不应超过0.1%

RE：RE可以改善夹杂物的形状，提高焊缝的塑性。另外RE含量过高会对韧性带来不利的影响。一般RE含量不应超过0.1%。

Al为脱氧元素，同时还具有抑制固体硫生成的效果，但是Al含量过高会降低焊缝低温韧性，因此Al含量应小于等于0.1%。

Sb、Sn、、As、Se、Pb具有可以提高焊缝耐酸性，抑制点蚀发展。但另一方面，这些元素对焊缝韧性会产生不利的影响，所以含量分别不能超过0.3%。

附图说明

图1为本发明的接头腐蚀试件取样图。

具体实施方式:

实施例1：

采用钛型药皮，焊芯采用H08A。

实施例2

采用钛钙型药皮，焊芯采用H08A。

实施例3

采用钛铁矿型药皮，焊芯采用H08A。

实施例4

采用氧化铁型药皮，焊芯采用H08A。

实施例5

采用纤维素型药皮，焊芯采用H08A。

实施例6

采用低氢型药皮，焊芯采用H08A。

6种焊条熔敷金属的化学成分，如表1所示。熔敷金属的力学性能，如表2所示。可见6种焊条熔敷金属具有较好的力学性能。

表1 熔敷金属的化学成分（Wt%）余量为铁及其它不可避免的杂质

编号	C	Si	Mn	S	P	Ni	Cu	Cr	Mo	W
											1	0.086	0.21	0.83	0.006	0.010	0.6	0.3	0.05	0.03	0.008
2	0.079	0.83	0.37	0.005	0.009	1.21	0.1	0.01	0.005	0.006
											3	0.091	0.20	0.81	0.005	0.012	0.17	0.7	0.02	0.12	0.01
4	0.012	0.20	0.74	0.005	0.008	0.41	0.2	0.5	0.009	0.006
											5	0.082	0.24	0.52	0.006	0.009	0.23	0.19	0.13	0.47	0.006
6	0.033	0.11	1.63	0.006	0.008	0.34	0.25	0.06	0.01	0.37

编号	Al	Ti	B	RE	Sb	Sn	AS	Se	Pb
										1	0.012	0.012	0.002	0.046	0.006	-	-	-	-
2	0.011	0.19	0.008	0.021	-	0.006	-	-	-
										3	0.011	0.035	0.003	0.039	-	-	0.016	-	-
4	0.010	0.042	0.004	0.009	-	-	-	0.005	-
										5	0.013	0.20	0.008	0.008	-	-	-	-	0.007
6	0.012	0.017	0.001	0.067	0.01	0.005	-	-	-

表2 熔敷金属的力学性能

编号	R_P0.2/Mpa	R_m/Mpa	A/%	A_kv-20℃/J
					1	465	575	26	137
2	435	540	27	103
					3	480	580	25	86
4	510	625	25	94
					5	470	552	26	93
6	535	640	28	79

模拟油船货油舱下底板腐蚀试验:

从接头中截取5个平行试样，试样尺寸长度为60mm，宽度为25mm，厚度为5mm，如图1所示。腐蚀试验方法参照国际海事组织DE53次会议提出的方法进行腐蚀液为10%NaCl水溶液，溶液PH=0.85，温度为30℃，试样浸渍时间为168小时。6种焊条焊缝相对于耐蚀钢的腐蚀速率均小于1%，焊缝与母材之间过渡平缓，未产生不连续的界面，可见焊条与耐蚀钢匹配合理。

模拟油船货油舱上甲板腐蚀试验：

从接头中截取5个平行试样，试样尺寸长度为60mm，宽度为25mm，厚度为5mm，如图1所示。腐蚀试验方法参照国际海事组织DE53次会议提出的方法进行，模拟气体成分为4%O₂-13%CO₂-0.01%SO₂-0.05%H₂S-balN₂，试验共进行98天。6种焊条焊缝相对于耐蚀钢的腐蚀速率均小于1%，焊缝与母材之间过渡平缓，未产生不连续的界面，可见焊条与耐蚀钢匹配合理。

Claims

1.一种用于建造油船货油舱的耐蚀焊条，其特征在于，该焊条熔敷金属按质量百分数计为：C：0.03-0.15%，Si：0.05-1.0%、Mn：0.1-2.0%、P≤0.025%、S≤0.012%、Ni：0.05-1.5%、Cu：0.05-1.0%、Ti：0.005-0.5%、0≤Cr≤1.0%、0≤Mo≤1.0%、0≤W≤1.0%、0≤B≤0.1%、0≤RE≤0.1%、0≤Al≤0.1%，余量为铁及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐蚀焊条，其特征在于，所述焊条熔敷金属按质量百分数计还可以包含0<Sb≤0.3%、0<Sn≤0.3%、0<As≤0.3%、0<Se≤0.3%、0<Pb≤0.3%中的至少一种。