CN112276413A - 一种专用于9Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种专用于9Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条,包括药皮,其特征在于,所述药皮的组分包括:镁粉、钙粉、大理石、白云石、冰晶石、萤石、金红石、钛酸钾钠、云母、长石粉、微碳铬铁、电解锰、四氧化三铁、羧甲基纤维素、稀土元素;所述稀土元素是Ce、Y、Nd中的至少一种,解决了现有合金焊条低温冲击韧性不够理想的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接材料,具体涉及一种专用于9Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条。
背景技术
随着我国石化工业和能源工业的快速发展,液氮和液化天然气(LiquefiedNatural Gas;简称LNG)的低温贮罐设备也得到极大发展。大型LNG低温储罐的工作环境温度可低至-196℃,且需要承受很大的压力且工作环境较为恶劣。
9Ni钢是一种在-196℃低温条件下使用仍然具有良好的低温冲击韧性、高强度和耐腐蚀性能的超低温镍基合金钢板,其力学性能为:抗拉强度:680-820Mpa、屈服强度≥570Mpa、伸长率A≥20%、-196℃冲击值 ≥100J,并且具有合金含量少、许用应力大、热膨胀率小和良好的焊接性等优点,因此成为制造大型LNG储罐的主要材料之一。
而大型LNG储罐设备的制造离不开与9Ni钢相匹配的具有良好性能的焊接材料,为了匹配大型LNG低温储罐的特殊工作环境,要求焊接材料具有良好的低温冲击韧性,而目前普遍使用的合金焊条的低温冲击韧性还不够理想。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种专用于9Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条,解决现有合金焊条低温冲击韧性不够理想的问题。
为实现上述发明目的,所述的一种专用于9Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条,包括药皮,其特征在于,所述药皮的组分包括:镁粉、钙粉、大理石、白云石、冰晶石、萤石、金红石、钛酸钾钠、云母、长石粉、微碳铬铁、电解锰、四氧化三铁、羧甲基纤维素、稀土元素;所述稀土元素是Ce、Y、Nd中的至少一种。
进一步地,所述组分的质量百分含量分别为:
镁粉2~6 wt%,钙粉3~4 wt%,大理石16~20 wt%,白云石2~4 wt%,冰晶石3~4 wt%,萤石2~4wt%,金红石35~45wt%,钛酸钾钠1~2wt%,云母6~9wt%,长石粉2~4wt%,微碳铬铁17~21wt%,电解锰4~6wt%,四氧化三铁3~4wt%,羧甲基纤维素0.5~1wt%,稀土元素的含量为0.3~0.6wt%。
进一步地,所述大理石为含98%碳酸钙的大理石;
所述白云石为含55%碳酸钙及44%碳酸镁的白云石;
所述冰晶石为含60%氟的冰晶石;
所述萤石为含97.50%氟化钙的萤石;
所述金红石为含97.50%二氧化钛的天然金红石;
所述钛酸钾钠为含16.50%氧化钾+氧化钠的钛酸钾钠;
所述云母为含43.20%二氧化硅及25.0%氧化铝的复合云母;
所述长石粉为含64.30%二氧化硅、17.80%氧化铝、14.0%氧化钾+氧化钠的长石粉;
所述微碳铬铁为含74.50%铬的微碳铬铁;
所述电解锰为含99.70%锰的电解锰;
所述四氧化三铁为含96.90%含量的四氧化三铁。
进一步地,所述药皮涂敷于焊芯的外壁;
所述焊芯的组分包括Ni、Cr、Mo、Mn、Fe、Nb、W、Cu、Si、C。
进一步地,所述Ni70.0~75.0wt%、Cr12.00~20.00wt%、Mo3.50~8.50wt%、Mn3.50~7.50wt%、Fe2.50~4.50wt%、Nb1.50~4.50wt%、W0.70~2.50wt%、Cu0.20~0.40wt%、Si0.50~1.50wt%、C≤0.05wt%。
进一步地,所述涂覆,是将所述药皮的组分混合物与钾钠水玻璃混匀后压涂在所述焊芯上。
进一步地,所述钾钠水玻璃用量为所述混合物总重的18-21%。
进一步地,所述钾钠水玻璃的模数为2.65,且浓度为44-45波美度。
进一步地,所述药皮占所述焊芯的重量百分比为39-44%。
本发明的原理:焊条中各种金属和非金属元素对性能的影响,碳、氮使焊条焊缝中铁素体降低。碳、氮在9Ni钢中使强烈形成并稳定马氏体且扩大马氏体元素,通过固溶强化可显著提高9Ni钢的强度,但在深冷环境下对冲击韧性的不利影响也比较显著。因此焊条设计考虑碳、氮含量越低越好。
硫、磷使焊缝性能的稳定性降低,硫降低9Ni钢的耐蚀性,这主要是形成的硫化锰易熔于酸性氯化物溶液,常成为腐蚀源导致耐点腐蚀和缝隙腐蚀性能显著降低,高硫含量与镍等形成低熔点物,易导致焊缝开裂;磷是9Ni钢中的有害元素,磷对9Ni钢的主要危害是恶化了钢的抗应力腐蚀裂纹敏感性和抗焊接腐蚀裂纹性,这与磷沿晶界偏聚有关。因此,控制硫、磷的含量是提高焊缝抗裂性能的一种方法。
锰主要作为脱氧剂和合金剂而加入焊条药皮中,它们在焊缝金属中以固溶的形式存在。适量的锰能提高熔敷金属的强度。
铬是9Ni钢主要的合金元素,它是铁素体形成元素。对提高熔敷金属抗拉强度的有利。
镍是9Ni钢主要的合金元素,使钢具有良好的塑韧性。
钼是强碳化物形成元素,常用以提高焊缝强度和改善韧性,具有明显地沉淀强化作用,因此在满足力学性能的前提下,将钼控制在标注要求的范围。
本发明具有如下有益效果:
本发明焊条焊接后熔敷金属:抗拉强度≥620MPa、延伸率≥38%、-196℃冲击功≥45J、侧面膨胀量>0.35;有效的提高了焊缝整体性能,解决了焊缝金属深冷韧性不足的问题;而且,焊条全位置焊接工艺性能良好,电弧稳定、飞溅小、脱渣容易、焊缝成型美观。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述,但是值得说明的是,本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。然而,对于没有详尽描述的部分,本领域技术人员也可以完全理解本发明。
实施例1
焊芯的原料组成:C0.015wt%,Cr20.3wt%,Ni72.05wt%,Mo0.03wt%,Mn1.98wt%,Si0.15wt%,P0.011wt%,S0.010wt%,N0.010wt%,Cu0.03wt%,铁余量。
药皮中各成分重量如下:稀土元素为Ce 0.2Kg,镁粉0.5Kg,钙粉0.9Kg,大理石18Kg,白云石3.5Kg,冰晶石4Kg,萤石1Kg,金红石40Kg,钛酸钾钠2Kg,云母6.4Kg,长石粉4Kg,微碳铬铁20.6Kg,电解锰5.4Kg,四氧化三铁3.5Kg,羧甲基纤维素0.8Kg。
焊条制备:将上述药皮的粉料拌混均匀后,加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀,然后送入油压机内将其包于焊芯上,再经60℃低温烘烤3小时,120℃中温烘烤2小时,350℃高温烘烤2小时,既得。
将所得的9 Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条进行对接板焊接试验,电弧稳定、飞溅较小,脱渣性好,焊缝成型美观。
熔敷金属成分:Cr19.87%、Ni70.25%、C0.021%、Mn1.14%、Si0.59%、Mo0.05%、Cu0.02%、S0.008%、P0.019%,余量为不可避免的杂质;
熔敷金属在焊态常温下的力学性能:Rm=632MPa、Rp0.2=459Mpa、A=38.4%,-196℃冲击KV2值分别为:51J、54J、50J。
实施例2
焊芯原料组成:C0.015wt%,Cr20.3wt%,Ni70.05wt%,Mo0.03wt%,Mn1.98wt%,Si0.15wt%,P0.011wt%,S0.010wt%,N0.010wt%,Cu0.03wt%,铁余量。
药皮中各成分重量如下:稀土元素为Y 0.2Kg,镁粉0.5Kg,钙粉0.9Kg,大理石18Kg,白云石2.8Kg,冰晶石4Kg,萤石0.8Kg,金红石40Kg,钛酸钾钠2Kg,云母7.1Kg,长石粉4Kg,微碳铬铁21.0Kg,电解锰6.0Kg,四氧化三铁3.5Kg,羧甲基纤维素0.8Kg。
焊条制备:将上述药皮粉料拌混均匀后,加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀,然后送入油压机内将其包于焊芯上,再经60℃低温烘烤3小时,120℃中温烘烤2小时,350℃高温烘烤2小时,既得。
将所得的9 Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条进行对接板焊接试验,电弧稳定、飞溅较小,脱渣性好,焊缝成型美观。
其熔敷金属成分:Cr20.6%、Ni71.26%、C0.022%、Mn1.25%、Si0.54%、Mo0.04%、Cu0.02%、S0.007%、P0.018%,余量为不可避免地杂质。
熔敷金属在焊态常温下的力学性能:Rm=640MPa、Rp0.2=473Mpa、A=37.5%,-196℃冲击KV2值分别为:52J、55J、50J。
实施例3
焊芯的原料组成:C0.015wt%,Cr20.3wt%,Ni72.05wt%,Mo0.03wt%,Mn1.98wt%,Si0.15wt%,P0.011wt%,S0.010wt%,N0.010wt%,Cu0.03wt%,铁余量。
药皮的原料组成:稀土元素为Nd 0.2Kg,镁粉0.5Kg,钙粉0.9Kg,大理石18Kg,白云石3Kg,冰晶石4Kg,萤石1.2Kg,金红石40Kg,钛酸钾钠2Kg,云母6.8Kg,长石粉4Kg,微碳铬铁19.2Kg,电解锰5.3Kg,四氧化三铁3.5Kg,羧甲基纤维素0.8Kg。
焊条制备:将上述药皮粉料拌混均匀后,加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀,然后送入油压机内将其包于焊芯上,再经60℃低温烘烤3小时,120℃中温烘烤2小时,350℃高温烘烤2小时,既得。
将所得的9 Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条进行对接板焊接试验,电弧稳定、飞溅较小,脱渣性好,焊缝成型美观。
其熔敷金属成分:Cr19.56%、Ni70.58%、C0.021%、Mn1.08%、Si0.53%、Mo0.03%、Cu0.01%、S0.010%、P0.018%,余量为不可避免地杂质。
熔敷金属在焊态常温下的力学性能:Rm=587MPa、Rp0.2=462Mpa、A=39.5%,-196℃冲击KV2值分别为:22J、25J、25J。
实施例4
焊芯的原料组成:C0.015wt%,Cr20.3wt%,Ni72.05wt%,Mo0.03wt%,Mn1.98wt%,Si0.15wt%,P0.011wt%,S0.010wt%,N0.010wt%,Cu0.03wt%,铁余量。
药皮的原料组成:稀土元素为Ce 0.2Kg,镁粉0.5Kg,钙粉0.9Kg,大理石18Kg,白云石3Kg,冰晶石4Kg,萤石1.2Kg,金红石40Kg,钛酸钾钠2Kg,云母6.8Kg,长石粉4Kg,微碳铬铁18.3Kg,电解锰5.6Kg,四氧化三铁3.5Kg,羧甲基纤维素0.8Kg。
焊条制备:将上述药皮粉料拌混均匀后,加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀,然后送入油压机内将其包于焊芯上,再经60℃低温烘烤3小时,120℃中温烘烤2小时,350℃高温烘烤2小时,既得9 Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条。
将所得的9 Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条进行对接板焊接试验,电弧稳定、飞溅较小,脱渣性好,焊缝成型美观。其熔敷金属成分:铬19.30%、镍70.18%、碳0.021%、锰1.20%、硅0.53%、钼0.03%、铜0.01%、硫0.010%、磷0.018%,余量为不可避免地杂质;熔敷金属在焊态常温下的力学性能:Rm=567MPa、Rp0.2=452Mpa、A=40.5%,-196℃冲击KV2值分别为:28J、25J、27J。
实施例5
焊芯的原料组成:C0.015wt%,Cr20.3wt%,Ni72.05wt%,Mo0.03wt%,Mn1.98wt%,Si0.15wt%,P0.011wt%,S0.010wt%,N0.010wt%,Cu0.03wt%,铁余量。
药皮的原料组成:稀土元素为Nd 0.2Kg,镁粉0.5Kg,钙粉0.9Kg,大理石18Kg,白云石3Kg,冰晶石4Kg,萤石1.2Kg,金红石40Kg,钛酸钾钠2Kg,云母6.8Kg,长石粉4Kg,微碳铬铁17.2Kg,电解锰5.6Kg,四氧化三铁3.5Kg,羧甲基纤维素0.8Kg。
焊条制备:将上述药皮粉料拌混均匀后,加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀,然后送入油压机内将其包于焊芯上,再经60℃低温烘烤3小时,120℃中温烘烤2小时,350℃高温烘烤2小时,既得9 Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条。
将所得的9 Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条进行对接板焊接试验,电弧稳定、飞溅较小,脱渣性好,焊缝成型美观。
其熔敷金属成分:铬18.20%%、镍70.62%、碳0.020%、锰1.18%、硅0.52%、钼0.03%、铜0.01%、硫0.010%、磷0.018%,余量为不可避免地杂质。
熔敷金属在焊态常温下的力学性能:Rm=528MPa、Rp0.2=440Mpa、A=43.5%,-196℃冲击KV2值分别为:31J、35J、33J。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形、同等替换、改进等,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种专用于9Ni钢储罐焊接的高镍合金焊条,包括药皮,其特征在于,所述药皮的组分包括:镁粉、钙粉、大理石、白云石、冰晶石、萤石、金红石、钛酸钾钠、云母、长石粉、微碳铬铁、电解锰、四氧化三铁、羧甲基纤维素、稀土元素;所述稀土元素是Ce、Y、Nd中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的合金焊条,其特征在于,所述组分的质量百分含量分别为:
镁粉2~6 wt%,钙粉3~4 wt%,大理石16~20 wt%,白云石2~4 wt%,冰晶石3~4 wt%,萤石2~4wt%,金红石35~45wt%,钛酸钾钠1~2wt%,云母6~9wt%,长石粉2~4wt%,微碳铬铁17~21wt%,电解锰4~6wt%,四氧化三铁3~4wt%,羧甲基纤维素0.5~1wt%,稀土元素的含量为0.3~0.6wt%。
3.根据权利要求2所述的合金焊条,其特征在于:
所述大理石为含98%碳酸钙的大理石;
所述白云石为含55%碳酸钙及44%碳酸镁的白云石;
所述冰晶石为含60%氟的冰晶石;
所述萤石为含97.50%氟化钙的萤石;
所述金红石为含97.50%二氧化钛的天然金红石;
所述钛酸钾钠为含16.50%氧化钾+氧化钠的钛酸钾钠;
所述云母为含43.20%二氧化硅及25.0%氧化铝的复合云母;
所述长石粉为含64.30%二氧化硅、17.80%氧化铝、14.0%氧化钾+氧化钠的长石粉;
所述微碳铬铁为含74.50%铬的微碳铬铁;
所述电解锰为含99.70%锰的电解锰;
所述四氧化三铁为含96.90%含量的四氧化三铁。
4.根据权利要求1-3任一所述的合金焊条,其特征在于:
所述药皮涂敷于焊芯的外壁;
所述焊芯的组分包括Ni、Cr、Mo、Mn、Fe、Nb、W、Cu、Si、C。
5.根据权利要求4所述的合金焊条,其特征在于:
所述Ni70.0~75.0wt%、Cr12.00~20.00wt%、Mo3.50~8.50wt%、Mn3.50~7.50wt%、Fe2.50~4.50wt%、Nb1.50~4.50wt%、W0.70~2.50wt%、Cu0.20~0.40wt%、Si0.50~1.50wt%、C≤0.05wt%。
6.根据权利要求4所述的合金焊条,其特征在于:
所述涂覆,是将所述药皮的组分混合物与钾钠水玻璃混匀后压涂在所述焊芯上。
7.根据权利要求6所述的合金焊条,其特征在于:
所述钾钠水玻璃用量为所述混合物总重的18-21%。
8.根据权利要求6所述的合金焊条,其特征在于:
所述钾钠水玻璃的模数为2.65,且浓度为44-45波美度。
9.根据权利要求4所述的合金焊条,其特征在于:
所述药皮占所述焊芯的重量百分比为39-44%。
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