专利名称：用于建造油船货油舱的埋弧焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种埋弧焊丝，更具体地讲，涉及一种用于建造油船货油舱的埋弧焊丝，利用该埋弧焊丝进行焊接得到的焊缝无需经过防腐处理，即使在原油的腐蚀环境下也具有优良的耐均勻腐蚀和耐点蚀性能，同时焊缝还具有良好的力学性能。
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，货油舱内的上甲板发生均勻腐蚀。在原油的运输过程中，货油舱内充有防爆气体(5%仏+13% C02+0.01% S02+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，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而形成铁锈，形成的铁锈会作为催化剂促进气相中的氧化，从而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，在大型油船中以固体S为主的腐蚀产物高达300吨以上。因此，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。而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US2010000361、CN1946864、JP2003-82435, CN101389782、CN100562598等。而现有技术的埋弧焊丝与新开发的耐蚀钢的耐蚀性差异较大，不能满足在无防腐处理使用条件下耐蚀性能的要求。此外，其他领域使用的低合金钢耐腐蚀埋弧焊丝主要是耐大气腐蚀或者耐海水腐蚀，如中国专利CN101664863、CN100366375 和CN101288924。这与油船货油舱腐蚀环境差异很大，因此，这些埋弧焊丝不适合油船货油舱的焊接。因此，亟待一种能够针对油船货油舱内特殊腐蚀环境而设计的埋弧焊丝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对油船货油舱内特殊腐蚀环境而开发的新型埋弧焊丝。为了实现上述目的，本发明提供了一种用于建造油船货油舱的埋弧焊丝，所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分数计包括C 0.03-0. 15%, Si 0.01-0.5%, Mn 1-2.5%,P^O. 015%, S ^ 0. 012%, Ni 0. 1-1%, Cu 0. 1-1 %,0 < Cr ^ 0. 1 %, Ti 0. 01-0. 25%,0 < Al ^ 0. 1%，余量为铁及其它不可避免的杂质。在根据本发明的另一实施例中，所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分数计还包括 Mo 0.01-0. 5%和 W 0. 01-0. 5%中的至少一种。在根据本发明的另一实施例中，所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分数计还包括 Sb 0. 01-0. 3%, Sn 0. 01-0. 3%, As 0. 01-0. 3%, Se 0. 01-0. 3%, Bi 0. 01-0. 3%和 Pb 0. 01-0. 3%中的至少一种。
图1为油船货油舱下底板和上甲板的腐蚀试验的试样示意图；图加示出了油船货油舱下底板腐蚀试验的试样的尺寸，图2b为油船货油舱下底板腐蚀试验装置的示意图；图3a示出了油船货油舱上甲板腐蚀试验的试样的尺寸，图!Bb为油船货油舱上甲板腐蚀试验装置的示意图。
具体实施例方式为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于建造油船货油舱的埋弧焊丝。下面将详细描述根据本发明实施例的用于建造油船货油舱的埋弧焊丝。根据本发明的实施例，用于建造油船货油舱的埋弧焊丝的化学成分(质量分数，在本申请中描述的百分数均为质量分数)为C 0. 03-0. 15%, Si 0.01-0.5%, Mn 1-2. 5 %, P ^ 0. 015 %, S ^ 0. 012 %, Ni 0. 1-1 %, Cu 0. 1-1 %,0 < Cr ^ 0. 1 %, Ti 0. 01-0. 25%,0 < Al ^ 0. 1%，余量为铁及其它不可避免的杂质。在根据本发明实施例的用于建造油船货油舱的埋弧焊丝中，C是固溶强化元素，可以有效地提高焊缝强度。为了达到所需要的强度，碳含量应大于0.03%，但是C含量过高时会导致焊缝裂纹倾向增加，从而韧性降低，因此C含量不超过0. 15%。Si可以提高焊缝金属的强度，同时在酸性环境下，Si可以提高焊缝的耐腐蚀性。 另一方面，Si含量过高时会降低焊缝的韧性。同时考虑到熔剂会向焊缝过渡一定量的Si， 因此，埋弧焊丝中Si含量为0.01-0. 5%。Mn是本埋弧焊丝成分中主要强化元素之一，同时又是脱氧元素，所以Mn含量应大于等于1%，同时Mn含量超过2. 5%后焊缝金属的韧性会降低。因此，埋弧焊丝中Mn含量为 1-2. 5%。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P、S太低会增加制造成本。因此，P和S应分别满足P彡0. 015%，S彡0. 012%。Ni是有效提高焊缝韧性的元素，也是提高焊缝耐蚀性的合金元素之一。Ni可在润湿硫化氢环境下形成硫化物而改善锈层，从而提高耐蚀性。其含量超过0.后，提高韧性和耐腐蚀性的效果能明显显示出来。但是Ni会增加成本，其含量应低于1%。因此，Ni含量为 0. 1-1%。Cu是该埋弧焊丝中主要提高焊缝耐蚀性的合金元素之一。Cu提高焊缝抵抗在干湿反复环境下酸性水引起的均勻腐蚀，并且在存在硫化氢的情况下，通过形成难溶性的硫化物改善锈层而提高耐均勻腐蚀性和耐点蚀性，进而还可在存在固体S的情况下抑制点蚀产生。此外，还能抑制固体S生成。为了充分发挥其耐蚀性，Cu含量应大于0.1%。但是Cu含量过高会提高产生热裂纹的敏感性，因此，Cu含量应小于1%。因此，Cu含量应为 0. 1-1%。Cr可明显降低酸性水环境下焊缝的耐蚀性，加速点蚀速度，因此，原则上越低越好。但是，Cr是焊丝钢冶炼过程中不可避免的元素，因此，Cr作为杂质元素含量不能超过 0.1%。Ti为有效脱氧的元素，同时Ti和S可以形成TiS而抑制易成为腐蚀起点的MnS的生成，从而提高焊缝耐均勻腐蚀性和耐点蚀性。但是Ti含量过高会降低焊缝的低温韧性。 因此，本发明埋弧焊丝Ti含量为0. 01-0. 25%。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0. 1 %。可选地，根据本发明实施例，用于建造油船货油舱的埋弧焊丝的化学成分(质量分数)中还可以含有Mo 0.01-0. 5%和W 0. 01-0. 5%中的至少一种。具体地讲，Mo和W作用基本相似，一方面可以抑制固体硫的生成，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勻腐蚀性和耐点蚀性。为了发挥其作用，埋弧焊丝成分中Mo或W的含量应大于0. 01%。但是Mo或W的含量过大会引起韧性降低，所以 Mo或W的含量不应大于0. 5%。因此，Mo或W在埋弧焊丝中含量为0. 01-0. 5%。根据本发明的另一实施例，用于建造油船货油舱的埋弧焊丝的化学成分(质量分数)中还可以含有 Sb 0. 01-0. 3%, Sn 0.01-0.3%、As 0. 01-0. 3%, Se 0. 01-0. 3%, Bi 0. 01-0. 3%和 Pb 0. 01-0. 3%中的至少一种。具体地讲，Sb、Sn、As、Se、Bi、Pb提高焊缝耐酸性并抑制点蚀的发展。为了发挥 Sb、Sn、As、Se、Bi、Pb的耐蚀效果，它们的含量应在0. 01%以上。同时这些元素是焊缝韧性毒害元素，所以它们的含量不能超过0.3%。因此，用于建造油船货油舱的埋弧焊丝中包含的 Sb、Sn、As、Se、Bi、Pb 的含量均为 0. 01-0. 3%0为了详细说明根据本发明实施例的埋弧焊丝的性能，按照上述设计的油船货油舱用埋弧焊丝的成分进行加工，共制备了 8个根据本发明实施例的埋弧焊丝(3#-10#，见表一)。此外，还加工了 2种比较例(1#和姊，见表一)。表一埋弧焊丝的化学成分(质量百分数，％)
权利要求
1.一种用于建造油船货油舱的埋弧焊丝，其特征在于所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分数计包括:C 0. 03-0. 15%, Si 0. 01-0. 5%, Mn 1-2. 5%, P ^ 0. 015%, S 彡 0. 012%, Ni 0. 1-1%, Cu 0. 1-1%,0 < Cr ^ 0. 1%, Ti 0. 01-0. 25%,0 < Al 彡 0. 1%，余量为铁及其它不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的埋弧焊丝，其特征在于所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分数计还包括Mo 0.01-0. 5%和W 0. 01-0. 5%中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的埋弧焊丝，其特征在于所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分数计还包括:Sb 0. 01-0. 3%, Sn 0. 01-0. 3%, As 0. 01-0. 3%, Se 0. 01-0. 3%, Bi 0. 01-0. 3%和 Pb 0. 01-0. 3%中的至少一种。
全文摘要
本发明提供了一种用于建造油船货油舱的埋弧焊丝，所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分数计包括C 0.03-0.15％，Si 0.01-0.5％，Mn 1-2.5％，P≤0.015％，S≤0.012％，Ni 0.1-1％，Cu 0.1-1％，0＜Cr≤0.1％，Ti 0.01-0.25％，0＜Al≤0.1％，余量为铁及其它不可避免的杂质。根据本发明实施例的埋弧焊丝的成分设计合理，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性。
文档编号B23K35/30GK102179641SQ20111008570
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者何长红, 张晓牧, 彭云, 杨柏, 田志凌, 肖红军, 马成勇, 魏金山, 齐彦昌 申请人:钢铁研究总院