CN105234588A

CN105234588A - 耐腐蚀cot钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝及其制备方法

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Publication number: CN105234588A
Application number: CN201510814667.XA
Authority: CN
Inventors: 马彦龙; 蒋勇; 陈维富; 明廷泽
Original assignee: SICHUAN ATLANTIC CHINA WELDING CONSUMABLES Inc
Current assignee: SICHUAN ATLANTIC CHINA WELDING CONSUMABLES Inc
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: CN105234588B

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝及其制备方法，包括低碳钢外皮和包裹在低碳钢外皮内的药芯，所述药芯由以下成分制成：铜粉0.32-0.33重量份、钨粉0.06-0.07重量份、锑粉0.07重量份、氟化钙0.58-0.6重量份、碳酸钠0.55-0.85重量份、碳酸钾0.4重量份、铝粉0.08重量份、电解锰1.3-1.7重量份、硅铁0.3-0.4重量份、镍粉0.55-0.7重量份和铁粉18-19重量份。与现有的相比，本发明通过药芯成分的有机组配并与低碳钢外皮配合，提供一种耐腐蚀性优良、焊接工艺性能和理化性能良好的气电立焊药芯焊丝。

Description

耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，特别涉及一种耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

随着社会经济快速增长，我国原油进口需求越来越大，而原油主要依靠海运，其中80％的进口原油为高硫、高酸等腐蚀性原油。油轮的原油舱内部腐蚀环境复杂独特，在原油舱蒸汽空间内，内部包括O₂、H₂O、SO₂和H₂S等组成的有害气体，溶解于上甲板的冷凝水液膜中，形成了腐蚀原电池，从而成为货船腐蚀最严重的部位之一，溶解于下底板与原油间的污水层中，并在Cl-、SO₄ ^2-等的协同作用下，形成严重的点蚀。

舞阳钢厂新研发了一款原油油船油舱耐腐蚀COT钢WNS36钢板，属于36公斤级别厚度为8～100mm的原油船货油舱用钢板，急需配套焊接材料,但迄今还未找到合适的其它焊接材料。

发明内容

本发明的目的之一就在于提供一种耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝，该耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝通过药芯成分的有机组配并与低碳钢外皮配合，提供一种耐腐蚀性优良、焊接工艺性能和理化性能良好的气电立焊药芯焊丝，电弧稳定性好、飞溅少、烟尘小、脱渣容易、焊缝正反面成型好，再引弧性能良好，完全满足耐腐蚀COT钢的气电立焊需求标准。

技术方案是：一种耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和包裹在低碳钢外皮内的药芯，所述药芯由以下成分制成：

铜粉0.32-0.33重量份

钨粉0.06-0.07重量份

锑粉0.07重量份

氟化钙0.58-0.6重量份

碳酸钠0.55-0.85重量份

碳酸钾0.4重量份

铝粉0.08重量份

电解锰1.3-1.7重量份

硅铁0.3-0.4重量份

镍粉0.55-0.7重量份，和

铁粉18-19重量份。

作为优选，所述药芯重量为焊丝重量的22.21-24.2％。

作为优选，所述低碳钢外皮由以下成分组成：

C：0.01-0.08％；

Mn：0.1-0.4％；

Si：0.01-0.03％；

S：0.005-0.010％；

P：0.005-0.015％；

余量为铁；

％为质量百分比。

作为优选，所述CaF₂：碳酸钠重量比＝5：6；电解锰：硅铁重量比＝19：5。

作为优选，所述药芯焊丝的直径为1.6mm。

本发明的目的之二在于提供一种耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝的制备方法。

技术方案是：一种耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：

将药芯中各成分按比例混合均匀后，将药芯置于低碳钢外皮上，经过包裹或卷制成丝，然后细拉至相应规格。

本发明的目的之三在于提供一种耐腐蚀COT钢容器的焊接方法。

技术方案是：一种耐腐蚀COT钢容器的焊接方法，该方法上述的焊丝焊接。

作为优选，该方法焊接条件为采用垂直气电立焊，电压范围为32～41V之间，电流范围为340～410A，坡口角度为22.5℃，背面坡口间隙为5±1mm，正面间隙17±1mm，水冷系统水压为0.2～0.4MPa，干申长为25～35mm。

发明原理：

铜粉：铜有很好抗腐蚀性能，又是沉淀强化元素，能提高材料的屈服强度，因此对焊缝金属起强化作用，同时适量的铜含量能改变冲击韧性。在加入适量镍等合金元素的情况下，铜含量在本发明范围时对强度的影响不是太大，冲击韧性有利，抗腐蚀性能能良好。

锑粉：能够提高抗腐蚀性能的作用，但对低温韧性影响不好，应该尽量减少其用量。

钨粉：提高抗腐蚀性能、强度、硬度的作用，加入微量的钨粉主要是为了提高其抗腐蚀性能。在其他合金元素的共同作用下，钨粉加入量控制在本发明范围以提高抗腐蚀性能。

电解锰：锰是重要的脱氧剂，同时也是焊缝金属重要的合金剂。对焊缝金属的强度和韧性有重要影响。锰可以降低奥氏体向铁素体转变温度，促进AF(针壮铁素体)形成；锰含量增加可以提高焊缝的低温冲击韧性，但太高时则相反，此外，锰还能与硫形成MnS，降低焊缝的杂质含量。Mn能够有效地减少焊缝金属中的含硫量，因此适量的加入可以提高焊缝金属的低温韧性，同时提高强度。在本发明中Mn是以电解锰的形式加入的，占焊丝的总重量百分比1.3-1.7％。加入过多会造成强度升高，冲击值降低。

硅铁：硅是重要的脱氧剂同时也是焊缝金属重要的合金剂，硅可以降低焊缝金属的含氧量，提高焊缝金属的冲击韧性，但太高时则相反；采用硅锰联合脱氧其效果较好。Si可以与Mn形成已成熟的韧化机理，同时能够起到联合脱氧的作用。Si主要来源于硅铁，当硅铁重量百分比在本发明范围之内时力学性能良好，占焊丝的总重量百分比大于0.40％时其强度增加，冲击韧性下降。

铝粉：铝是强脱氧剂，对控制焊缝金属的含氧量具有重要作用，同时还能起到稳弧的作用；但含量过高时会增加焊接烟尘、于焊工的健康不利。

氟化物：氟用以降低熔敷金属中扩散氢的含量，但氟化物含量过高，焊接时电弧不稳、飞溅变大、电弧声音变差，主要来源于氟化钙、氟硅酸钠、氟硅酸钾或冰晶粉。氟化物有助于提高抗气孔性能，降低了扩散氢含量，有利于焊缝低温韧性的增强。在本发明中，氟化物以CaF2形式存在。当CaF2重量比值在本发明范围时，其工艺性能良好、成型美观，占焊丝的总重量百分比比值小于0.58％时烟雾较小、焊缝成型较差、熔渣分布不均匀；占焊丝的总重量百分比比值大于0.6％时烟雾较大、焊缝成型较差、焊接电弧不稳。

铁粉：药芯中加入铁粉可提高焊接效率和提供少量的氧用于稳弧，为了保证高的熔敷效率。

碳酸钾：K₂O低电离度氧化物，能偶提供电子，起到稳定电弧的作用，提高焊接工艺性能。

碳酸钠：Na₂O低电离度氧化物，能偶提供电子，与K₂O联合起到更好稳定电弧的作用，提高焊接工艺性能。

当添加的CaF₂：碳酸钠重量比＝5：6时工艺性能良好，电解锰：硅铁重量比＝19：5时力学性能达到良好。

有益效果：

本发明通过对抗H2S腐蚀性能、气相腐蚀、电化学腐蚀性能的研究，使得研发的配套气电立焊药芯焊丝能够具有良好的抗腐蚀性能，满足原油船油舱上甲板和下底板耐腐蚀性能的要求，达到国内领先水平。配套气电立焊药芯焊丝的运用，能够打破油舱耐腐蚀钢配套焊才的国外垄断，加快我国原油船的建设。

本发明采用CaF2-SiO₂并与K₂O、_、Na₂O和Al₂O₃共同作用，获得一种焊接工艺性能良好的气电立焊药芯焊丝，其焊缝正反面成型良好、脱渣容易、熔渣覆盖均匀。

本发明提供一种耐腐蚀COT钢配套用高韧性气电立焊用药芯焊丝，药芯组分中采用Ni合金系统，保证焊丝具有良好的力学性能，添加Cu、W、Sb等元素获得良好的耐腐蚀性能，-40℃冲击吸收能量达到80J。

名词解释：

COT-油船货油舱(cargooiltank)

耐腐蚀COT钢-耐腐蚀油船货油舱(cargooiltank)用钢

高韧性气电立焊-属于低温冲击韧性良好的气电力焊药芯焊丝

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

采用碳钢钢带作为焊丝的外皮，C：0.01-0.08％；Mn：0.1-0.4％；Si：0.01-0.03％；S：0.005-0.010％；P：0.005-0.015％；余量为铁的低碳钢薄带作为焊丝的金属外皮；以配制生产100Kg焊丝为例，药芯中各成分为：铜(Cu)粉：0.32kg、钨粉：0.06kg、锑粉：0.07kg、氟化钙：0.58kg、碳酸钠：0.65kg、碳酸钾：0.4kg、铝(Al)粉：0.08kg、电解锰：1.3kg、硅铁：0.3kg、镍粉：0.55kg、铁粉：18kg；然后将药芯中各成分混合均匀后待用；

将钢带置于焊丝成型机内、陆续将待用的药芯混合料注入横向弯制成“U”型的钢带凹槽内，进而卷制成丝、经细拉至￠1.6mm即成。

本实施例在焊接参数：I＝370-380A、U＝37-38V、气体流量25L/min、采用CO₂气体保护，CO₂气体纯度99.98％以上，试验钢板为WNS36钢板，其焊丝

熔敷金属化学成分见表1，熔敷金属力学性能见表2：

表1熔敷金属化学成分(wt％)

C	Mn	Si	S	P	Ni	W	Sb	Cu
									0.072	1.08	0.19	0.0082	0.013	0.36	0.42	0.51	0.20

余量为Fe和杂质

表2熔敷金属力学性能

扩散氢含量：4.5mL/100g

实施例2

焊丝的外皮与实施例1相同，以配制生产100Kg焊丝为例，药芯中各成分为:铜(Cu)粉：0.32kg、钨粉：0.06kg、锑粉：0.07kg、氟化钙：0.6kg、碳酸钠：0.65kg、碳酸钾：0.4kg、铝(Al)粉：0.08kg、电解锰：1.5kg、硅铁：0.3kg、镍粉：0.60kg、铁粉：19kg；其余与实施例1相同，其焊丝熔敷金属化学成分见表3，熔敷金属力学性能见表4：

表3熔敷金属化学成分(wt％)

C	Mn	Si	S	P	Ni	W	Sb	Cu
									0.078	1.21	0.20	0.0082	0.015	0.42	0.42	0.49	0.21

余量为Fe和杂质

表4熔敷金属力学性能

扩散氢含量：3.9mL/100g

实施例3

焊丝的外皮与实施例1相同，以配制生产100Kg焊丝为例，药芯中各成分为：铜(Cu)粉：0.33kg、钨粉：0.07kg、锑粉：0.07kg、氟化钙：0.7kg、碳酸钠：0.65kg、碳酸钾：0.4kg、铝(Al)粉：0.09kg、电解锰：1.7kg、硅铁：0.4kg、镍粉：0.7kg、铁粉：19kg；然后将药芯中各成分混合均匀后待用；

本实施例制备方法与实施例1相同。

本实施例在焊接参数除气体流量30L/min外，其余与实施例1相同。其焊丝熔敷金属化学成分见表5，熔敷金属力学性能见表6：

表5熔敷金属化学成分(wt％)

C	Mn	Si	S	P	Ni	W	Sb	Cu
									0.082	1.39	0.28	0.0085	0.015	0.47	0.49	0.52	0.23

余量为Fe和杂质

表6熔敷金属力学性能

扩散氢含量：3.7mL/100g

上述药粉均需经过低温烘培后，通过小V型搅拌机搅拌均匀。

Claims

1.一种耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝，包括低碳钢外皮和包裹在低碳钢外皮内的药芯，所述药芯由以下成分制成：

铜粉0.32-0.33重量份

钨粉0.06-0.07重量份

锑粉0.07重量份

氟化钙0.58-0.6重量份

碳酸钠0.55-0.85重量份

碳酸钾0.4重量份

铝粉0.08重量份

电解锰1.3-1.7重量份

硅铁0.3-0.4重量份

镍粉0.55-0.7重量份，和

铁粉18-19重量份。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝，其特征在于：所述药芯重量为焊丝重量的22.21-24.2％。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝，其特征在于：所述低碳钢外皮由以下成分组成：

C：0.01-0.08％；

Mn：0.1-0.4％；

Si：0.01-0.03％；

S：0.005-0.010％；

P：0.005-0.015％；

余量为铁；

％为质量百分比。

4.根据权利要求1所述的耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝，其特征在于：所述CaF₂：碳酸钠重量比＝5：6；电解锰：硅铁重量比＝19：5。

5.根据权利要求1所述的耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝的直径为1.6mm。

6.一种制备权利要求1-5任一权利要求所述的耐腐蚀COT钢配套用的高韧性气电立焊药芯焊丝的方法，包括以下步骤：

7.一种耐腐蚀COT钢容器的焊接方法，该方法采用权利要求1-5所述的焊丝焊接。

8.根据权利要求7所述的耐腐蚀COT钢的焊接方法，其特征在于：该方法焊接条件为采用垂直气电立焊，电压范围为32～41V之间，电流范围为340～410A，坡口角度为22.5℃，背面坡口间隙为5±1mm，正面间隙17±1mm，水冷系统水压为0.2～0.4MPa，干申长为25～35mm。