CN105033503A - 一种用于耐蚀钢焊接用焊条 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于耐蚀钢焊接的焊条，包括焊芯及包裹于焊芯外的药皮，所述药皮为碱性药皮，所述焊芯含有的成分及各成分占所述焊芯的质量百分比如下：C？0.06～0.07％；Mn？0.4～0.6％；Si？0.2-0.35％；S≤0.005％；P≤0.005％；Ni？1.2～1.5％；Cr？0.2～0.4％；Mo？0.08～0.11％；Cu？0.15～0.3％；Ti？0.02～0.22％；Sb？0.02～0.04％；余量为铁。本发明的焊条优良的焊接工艺，适用于全位置焊接，抗拉强度大于500MPa，熔敷金属KV₂(-40℃)大于90J，与耐蚀钢板匹配良好，满足耐蚀钢板耐腐蚀要求。

Description

一种用于耐蚀钢焊接用焊条

技术领域

本发明涉及一种焊条，特别涉及一种适用于耐蚀钢焊接的焊条，其抗拉强度大于500MPa，熔敷金属KV₂(-40℃)大于90J，与耐蚀钢板匹配良好，满足耐蚀钢板耐腐蚀要求。

背景技术

随着国民经济的发展，我国对能源的需求越来越大，由于国际原油价格的迅速攀高及陆上石油资源的迅速锐减，海洋油气开发已经成为世界各国的能源开发热点。国家在投入大量人力财力进行海洋装备系统开发的同时，对于油气输送用钢，也提出了更高的要求。

油气运输中既有硫化氢腐蚀，又有海水腐蚀，因此要求钢板具有良好的抗硫化氢腐蚀能力，同时具有良好的抗海水腐蚀能力。焊条作为一种钢板焊接的重要焊接材料，在配套耐蚀钢焊接的过程中，要求其焊缝金属不仅具有高强度、高韧性的特点，而且具有良好的抗硫化氢腐蚀以及耐海水腐蚀的能力，目前与之配套的焊条，存在耐硫化氢腐蚀性差、冲击韧性不足的缺陷。因此，研制一种既抗硫化氢腐蚀又耐海水腐蚀的焊条，对于推动我国油气建设具有重要的作用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于研制一种既抗硫化氢腐蚀又耐海水腐蚀的焊条，解决了在此工作环境下焊条耐蚀性能和冲击韧性不理想的难题。所研制的焊条，其抗拉强度大于500MPa，熔敷金属KV₂(-40℃)大于90J，与耐蚀钢板匹配良好，满足耐蚀钢板耐腐蚀要求。

本发明的一种用于耐蚀钢焊接的焊条，包括焊芯及包裹于焊芯外的药皮，所述药皮为碱性药皮，所述焊芯含有的成分及各成分占所述焊芯的质量百分比如下：

C0.06～0.07％；

Mn0.4～0.6％；

Si0.2-0.35％；

S≤0.005％；

P≤0.005％；

Ni1.2～1.5％；

Cr0.2～0.4％；

Mo0.08～0.11％；

Cu0.15～0.3％；

Ti0.02～0.22％；

Sb0.02～0.04％；

余量为铁。

作为优选技术方案，所述药皮含有的成分及各成分占所述药皮的质量百分比如下：

大理石30～50％；

萤石15～30％；

硅微粉3～5％；

45#雾化硅铁5～10％；

二氧化钛含量≥98％的金红石3～5％；

电解锰2～5％；

纯碱0.5～1％；

稀土氧化物0.5～1％；

余量为铁粉。

进一步优选地，所述稀土氧化物为镧或铈的氧化物的其中之一或其组合。

优选地，所述焊芯占所述焊条的质量百分比为65-70％。

本发明还提供上述用于耐蚀钢焊接的焊条的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)焊芯的制备：按照由钢厂所述焊芯的成分进行冶炼后，热轧成盘条，盘条经减径拉拔后，切断至指定长度制成焊芯：

2)将药皮的各成分混合后加入粘结剂制成团，然后将其包覆在焊芯外表面上，烘干。

本发明的有益效果是：

1、按照NACETM0284-2003标准要求的抗HIC要求进行检测，裂纹敏感率(CSR)≤2％，裂纹长度率(CLR)≤15％，裂纹厚度率(CTR)≤5％；按照NACETM0177-2005标准A方法标准进行拉伸试验，试验使用纯氮、硫化氢气体，采用分析纯化学剂，溶液由溶解在蒸馏水中的5.0％的氯化钠和0.5％的冰醋酸组成，试验按照标准进行720h，加载比例为材料的90％最小屈服强度，试样无任何开裂和裂纹产生；按照《中国船级社原油油船货油舱耐腐蚀钢材检验指南》对焊接接头进行耐腐蚀试验，其中模拟上甲板工况条件的试验进行98天，模拟内底工况条件的试验进行168h，母材和焊缝金属之间无不连续表面(如呈阶梯状)，与耐蚀钢板匹配良好，满足耐蚀钢板耐腐蚀要求。

2、本发明中的焊条，其抗拉强度大于500MPa，熔敷金属KV₂(-40℃)大于90J。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明的用于耐蚀钢焊接用焊条的设计思路：

1.采用碱性药皮，控制焊条成分及配比，达到低扩散氢、焊接工艺优良，适用于全位置焊接。

2.通过专用冶炼焊芯，控制焊芯中成分为低C、低Mn、低Si，添加一定的Cr、Mo、Ni合金，同时添加了微量的Cu、Ti、Sb元素进行微合金化控制，通过焊芯成分过渡、此外严格控制杂质元素S、P的含量，在保证焊缝金属具有一定强度和低温冲击韧性的基础上，具有良好的抗硫化氢腐蚀及耐海水腐蚀性能。

具体地，本发明提供了一种适用于耐蚀钢焊接用焊条，包括专用焊芯及包裹于焊芯外的药皮，焊芯成分及各成分占焊芯的质量百分比为：C0.06～0.07％、Mn0.4～0.6％、Si0.2－0.35％、S≤0.005％、P≤0.005％、Ni1.2～1.5％、Cr0.2～0.4％、Mo0.08～0.11％、Cu0.15～0.3％、Ti0.02～0.22％、Sb0.02～0.04％，余量为铁及不可避免杂质。药皮成分及各成分占药皮的质量百分比为：大理石30～50％、萤石15～30％、硅微粉3～5％、45#雾化硅铁5～10％、98°金红石3～5％、电解锰2～5％、纯碱0.5～1％、ReO0.5～1％，余量为铁粉(S≤0.005％、P≤0.005％)。

焊芯成分中：

C是固溶强化元素，能提高焊缝金属的强度，对焊缝金属的韧性影响较大，当C元素的含量较低时，能有效提高焊缝金属的韧性；当C元素较高时，焊缝金属裂纹倾向增加。本发明尽量降低C元素含量，将C含量控制在0.06～0.07％。

Mn是主要脱氧剂,降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，提高低温冲击韧性，调节铁水流动性。但随着Mn的升高，会因偏析引起组织中的硬相，使得焊缝金属抗硫化氢腐蚀能力下降。本发明将Mn含量控制在0.4～0.6％。

Si是主要脱氧剂，与Mn联合脱氧效果更佳，降低焊缝金属的氧含量，提高低温冲击韧性，调节铁水的流动性，加入量过多时铁水变粘，焊缝强度过高，低温冲击韧性降低。本发明Si含量限定在0.2－0.35％。

S、P是杂质元素，对焊缝金属的抗硫化氢能力有严重影响，同时降低焊缝金属的低温冲击韧性，S与Fe等元素形成硫化物夹杂物会诱发点蚀和应力腐蚀开裂；P的偏析作用很强，引起焊缝金属不均匀，尤其是冷脆性增加。本发明尽量降低S、P含量，S含量限定在≤0.005％、P含量限定在≤0.005％。

Ni是焊缝金属中重要的合金元素，能提高焊缝金属的低温韧性，降低韧脆转变温度，同时Ni本身具有良好的耐腐蚀性，但镍含量过高则会增大热裂敏感性。本发明Ni含量控制在1.2～1.5％。

Cr有提高强度和淬透性的作用，一定含量的Cr可提高焊缝耐大气和海水腐蚀的能力。但是Cr过多时会使焊缝金属强度增加，硬度增加，从而降低焊缝金属的耐腐蚀性能，因此必须控制加入。本发明Cr含量控制在0.2～0.4％。

Mo有提高强度的作用，在一定的范围可以提高低温冲击韧性。含量过多时强度增加过多，会增加焊缝金属应力腐蚀敏感性。本发明Mo含量控制在0.08～0.11％。

Cu是一种重要的耐腐蚀性元素，同时能提高焊缝金属强度。含量过多时会因强度过高引起低温冲击韧性下降，同时会增加产生热裂纹的敏感性。本发明Cu含量控制在0.15～0.3％。

Ti为脱氧元素，同时与焊缝金属中的N结合，减少了固溶氮的有害作用，生成的TiN作为结晶核心，促使焊缝成为细晶粒组织，但Ti含量过高会使焊缝的硬度增加，冲击韧性下降。本发明Ti含量控制在0.02～0.22％。

Sb：是一种重要的耐腐蚀性元素，含量过多时会因强度过高引起低温冲击韧性下降，因此含量控制在0.02～0.04％。

Fe即铁粉，能改善电弧状态，调节铁水熔点和粘度，余量加入。

药皮中：

大理石：主要成分CaCO₃，高温分解为CaO、CO₂，主要起造渣、造气的作用，含量过少起不到保护作用，含量过多会造成焊条飞溅增大。因此含量控制在30～50％。

萤石：主要成分CaF₂，主要起造渣、造气、改善熔渣流动性的作用，含量过少起不到保护作用，含量过多会造成焊条熔渣流淌，成型变差。因此含量控制在15～30％。

硅微粉：主要成分SiO₂,起改善熔渣流动性的作用，含量过多会造成脱渣困难，含量过少，熔渣流动性差。因此含量控制在3～5％。

98°金红石(二氧化钛含量≥98％)：主要成分TiO₂，起镇定熔池作用，含量过多会造成冲击性能变差，含量过少会造成焊条工艺性能差，因此含量控制在3～5％。

45#雾化硅铁：起脱氧作用，含量过少，脱氧不足，造成冲击性能变差，含量过多，会造成强度偏高，性能变差。因此控制在5～10％。

电解锰：起脱氧作用，与45#雾化硅铁相同原理。因此控制在2～5％。

纯碱：主要成分NaCO₃，起改善粉料流动性、塑性、作用，从而改变焊条压涂性能，含量一般控制在0.5～1％。

ReO：稀土氧化物，起到净化焊缝作用，提高焊缝低温性能及耐腐蚀性能，因稀土较贵重，因此控制在0.5～1％。

铁粉：余量加入，起填充作用。铁粉中严格控制S：≤0.005％、P：≤0.005％。

根据本发明中焊芯及药皮成分提供3个实施例，其焊芯及药皮成分如下：

实施例1：

焊芯成分及各成分占焊芯的质量分数为：C0.07％、Mn0.6％、Si0.30％、S0.005％、P0.005％、Ni1.5％、Cr0.40％、Mo0.08％、Cu0.15％、Ti0.22％、Sb0.04％，余量为铁及不可避免杂质。

药皮成分及各成分占药皮的质量分数为：大理石50％、萤石15％、硅微粉5％、45#雾化硅铁5％、98°金红石5％、电解锰5％、纯碱0.5％、ReO(氧化镧)1％，余量为铁粉(S≤0.005％、P≤0.005％)。

焊芯与药皮质量比为7：3。

制备方法：

1)焊芯的制备方法为：焊芯用钢由钢厂按设计好的成分进行冶炼，热轧成相应规格的盘条，盘条经焊条制造厂家减径拉拔至相应规格，切断至指定长度。

2)将药皮的各成分粉料按其种类及比例进行混合，混合均匀的粉料加入粘结剂(水玻璃)进行湿搅拌，将搅好的粉料压制成团放入油压机内，通过压力将粉料涂敷在焊芯上。

3)压涂好的焊条进行烘干、包装。

实施例2：

焊芯成分及各成分占焊芯的质量分数为：C0.06％、Mn0.5％、Si0.20％、S0.005％、P0.005％、Ni1.2％、Cr0.2％、Mo0.11％、Cu0.3％、Ti0.02％、Sb0.02％，余量为铁及不可避免杂质。

药皮成分及各成分占药皮的质量分数为：大理石30％、萤石30％、硅微粉3％、45#雾化硅铁10％、98°金红石3％、电解锰2％、纯碱1％、ReO(氧化铈)0.5％，余量为铁粉(S≤0.005％、P≤0.005％)。

焊芯与药皮质量比为13：7。

焊条制备方法同实施例1。

实施例3

焊芯成分及各成分占焊芯的质量分数为：C0.065％、Mn0.4％、Si0.35％、S0.004％、P0.005％、Ni1.4％、Cr0.3％、Mo0.10％、Cu0.2％、Ti0.10％、Sb0.03％，余量为铁及不可避免杂质。

药皮成分及各成分占药皮的质量分数为：大理石40％、萤石20％、硅微粉4％、45#雾化硅铁7％、98°金红石4％、电解锰4％、纯碱0.7％、ReO(氧化镧：氧化铈质量比＝1:1)0.7％，余量为铁粉(S≤0.005％、P≤0.005％)。

焊芯与药皮质量比为17：8。

焊条制备方法同实施例1。

焊条熔敷金属化学成分见表一、熔敷金属的性能数据表二。

表一焊条熔敷金属化学成分

	C	Mn	Si	S	P	Ni	Cr	Mo	Ti	Cu	Sb
												实施例1	0.063	0.61	0.25	0.005	0.007	1.18	0.25	0.050	0.015	0.10	0.031
实施例2	0.050	0.72	0.22	0.006	0.008	0.95	0.15	0.062	0.012	0.25	0.015
												实施例3	0.057	0.67	0.24	0.005	0.009	1.30	0.20	0.058	0.009	0.18	0.025

表二熔敷金属力学性能

采用实施例1～3制备的焊条焊制试板，根据NACETM0284要求进行试验制备并进行抗HIC检测，试验结果见表三。

表三焊接接头抗HIC性能检测

从表三可看出：实施例1～3制得的焊条焊制钢板后熔敷金属的裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度率(CLR)、裂纹厚度率(CTR)均为0，满足(CSR)≤2％，裂纹长度率(CLR)≤15％，裂纹厚度率(CTR)≤5％的要求。

采用实施例1～3制备的焊条焊制试板，按照NACETM0177-2005标准进行SSC试验检测，试验采用A方法进行拉伸试验，试验使用纯氮、硫化氢气体，采用分析纯化学剂，溶液由溶解在蒸馏水中的5.0％的氯化钠和0.5％的冰醋酸组成，试验按照标准进行720h，加载比例为材料的90％最小屈服强度，试验结果见表四。

表四焊接接头SSC试验检测

	加载	浸泡时间	断否	评定
					实施例1	90％ReL	720h	否	通过
实施例2	90％ReL	720h	否	通过
					实施例3	90％ReL	720h	否	通过

从表四可看出：按照NACETM0177-2005标准，加载比例为材料的90％最小屈服强度，实施例1～实施例3试样无任何开裂和裂纹产生。

采用实施例1～3制备的焊条焊制试板，按照《中国船级社原油油船货油舱耐腐蚀钢材检验指南》对焊接接头进行耐腐蚀试验，其中模拟上甲板工况条件的试验进行98天，模拟内底工况条件的试验进行168h，试验结果见表五。

表五焊接接头耐腐蚀试验

从表五可看出，按照《中国船级社原油油船货油舱耐腐蚀钢材检验指南》对焊接接头进行耐腐蚀试验，实施例1～3的母材和焊缝金属之间无不连续表面(如呈阶梯状)，与耐蚀钢板匹配良好，满足耐蚀钢板耐腐蚀要求。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种用于耐蚀钢焊接的焊条，包括焊芯及包裹于焊芯外的药皮，其特征在于，所述药皮为碱性药皮，所述焊芯含有的成分及各成分占所述焊芯的质量百分比如下：

2.根据权利要求1所述用于耐蚀钢焊接的焊条，其特征在于，所述药皮含有的成分及各成分占所述药皮的质量百分比如下：

3.根据权利要求2所述用于耐蚀钢焊接的焊条，其特征在于，所述稀土氧化物为镧或铈的氧化物的其中之一或其组合。

4.根据权利要求1～3任一项所述的用于耐蚀钢焊接的焊条，其特征在于，所述焊芯占所述焊条的质量百分比为65-70％。

5.权利要求1～4任一项所述的用于耐蚀钢焊接的焊条的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)焊芯的制备：按照由钢厂所述焊芯的成分进行冶炼后，热轧成盘条，盘条经减径拉拔后，切断至指定长度制成焊芯：

2)将药皮的各成分混合后加入粘结剂制成团，然后将其包覆在焊芯外表面上，烘干。