专利名称：用于油船货油舱的气体保护焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于油船货油舱的气体保护焊丝，利用该气体保护焊丝施焊后得 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。一方面，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，在 上甲板上会凝结出水滴。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 对上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。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，在货油舱的下底板上发生点蚀，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产生侵蚀，形成如“碗状”的腐蚀坑，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，为了提高下底板的耐点蚀性能，一方面可以提高钢材 的耐点蚀性能，另一方面可以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。而现有技术的气 体保护焊丝与新开发的耐蚀钢耐蚀性差异较大，不能满足在无防腐处理的条件下耐蚀性能 的要求。而其它领域使用的低合金钢耐腐蚀气体保护焊丝主要是耐大气腐蚀，如中国专利 CN101357425、CN1301825、CN1290661、CN101062534，这与油船货油舱腐蚀环境差异很大，因 此这些焊丝不适合油船货油舱的焊接。因此，需要一种具有优良的耐腐蚀性能，同时具有良好的焊缝力学性能的气体保 护焊丝。
发明内容
本发明提供了一种具有优良的耐腐蚀性能，同时具有良好的焊缝力学性能的气体 保护焊丝。根据本发明实施例的气体保护焊丝按质量百分数计包含C 0. 01-0. 15%, Si0. 1-1%,Mn 1-2%,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。根据本发明另一实施例的气体保护焊丝按质量百分数计还包含Mo 0. 01-0. 5%和 W 0. 01-0. 5%中的至少一种。根据本发明又一实施例的气体保护焊丝按质量百分数计还包含SbO. 01-0. 3%,Sn 0.01-0.3%、As 0. 01-0. 3%, Se 0. 01-0. 3%, Bi 0. 01-0. 3%、PbO. 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油船货油舱的气体保护 焊丝。下面将详细描述根据本发明实施例的用于油船货油舱的气体保护焊丝。根据本发明的实施例，用于油船货油舱的气体保护焊丝的化学成分(质量分数， 在本申请中描述的百分数均为质量分数)为C 0.01-0. 15%, Si 0. 1-1%, Mn 1-2%, P 彡 0. 015%,S ^ 0. 012%,Ni 0. 1-1%,Cu 0. 1-1%,0 < Cr ^ 0. l%,Ti 0. 01-0. 25%,0 < Al ^ 0. 1%，余量为铁及其它不可避免的杂质。在根据本发明的用于油船货油舱的气体保护焊丝中，C是固溶强化元素，可以有效 提高焊缝强度。为了达到所需要的焊缝强度，碳含量应大于0. 01 %，但是C含量过高会导致 产生焊缝裂纹的倾向增加，韧性降低，所以C含量不超过0. 15%。Si是有效的脱氧元素，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。为了实现Si的效果，Si的含量应大于0.1%。但是Si含量过高会降低焊缝 的韧性，因此，Si含量不应大于1 %。Mn是焊丝成分中的主要强化元素之一，同时又是脱氧元素，所以Mn含量应大于 1%。另一方面，如果Mn含量超过2%，则焊缝金属的韧性会降低。因此，焊丝中Mn含量为 1-2%。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含量太低会增 加制造成本。因此，P和S的含量应分别满足=P ^ 0.015%, S ^ 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。Ni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M会增加成本，其含量应低于1%。因此，M含量为 0. 1-1%。Cu是本发明的气体保护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勻腐蚀性和耐点蚀性。另外，在存在固体S的情况下，Cu 能够起到抑制点蚀的作用。此外，Cu还能抑制固体S的生成。为显示其耐蚀性，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，所有Cu含量应小于1%。因此， Cu含量应为0. 1-1%。Cr明显降低酸性水环境下焊缝的耐蚀性，加速点蚀速度，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，作为杂质元素Cr的含量不能超过0. 1%。Ti为有效的脱氧元素，同时Ti和S可以形成TiS而抑制易成为腐蚀起点的MnS的 生成，提高焊缝耐均勻腐蚀性和耐点蚀性。但是钛含量过高会降低焊缝的低温韧性。因此， 本发明焊丝的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 %。根据本发明的另一实施例，用于油船货油舱的气体保护焊丝还可以包含Mo 0. 01-0. 5%和 W. 01-0. 5%中的至少一种。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Mo和W的作用，本发 明的气体保护焊丝中应含有大于0. 01%的Mo和W。但是如果Mo和W的含量过大会引起韧 性降低，所以含量不应大于0.5%。因此，Mo和W在焊丝中含量为0.01-0.5%。根据本发明的又一实施例，用于油船货油舱的气体保护焊丝还可以包含 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%、Pb 0. 01-0. 3%中的至少一种。Sb、Sn、As、Se、Bi、Pb可以提高焊缝耐酸性，抑制点蚀的发展。为了发挥Sb、Sn、 As、Se、Bi、Pb的耐蚀效果，它们的含量在0. 01 %以上，同时这些元素是焊缝韧性的毒害 元素，所以它们的含量不能超过0.3%。因此，Sb、Sn、As、％、Bi、1 在焊缝中含量都应为 0. 01-0. 3%。为了详细说明根据本发明实施例的气体保护焊丝的性能，按照上述设计的用于油 船货油舱的气体保护焊丝的成分进行加工，共制备了 8个根据本发明实施例的气体保护焊 丝(3#-10#，见表一)。此外，还加工了 2种比较例(1#和姊，见表一)。表一气体保护焊丝的化学成分(质量分数，％)
权利要求
1.一种用于油船货油舱的气体保护焊丝，其特征在于所述气体保护焊丝按质量百分数 计包含c 0. 01-0. 15%, Si 0. 1-1%,Mn 1-2%,P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 012%,Ni 0. 1-1%, Cu 0. 1-1%,0 < Cr ≤ 0. l%,Ti 0. 01-0. 25%,0 < Al ≤ 0. 1 %，余量为铁及其它不可避免 的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于油船货油舱的气体保护焊丝，其特征在于所述气体保护 焊丝按质量百分数计还包含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或权利要求2所述的用于油船货油舱的气体保护焊丝，其特 征在于所述气体保护焊丝按质量百分数计还包含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%、Pb 0. 01-0. 3% 中的至少一种。
全文摘要
本发明公开了一种用于油船货油舱的气体保护焊丝，所述气体保护焊丝按质量百分数计包含C 0.01-0.15％、Si 0.1-1％、Mn 1-2％、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。根据本发明的用于油船货油舱的气体保护焊丝即使在原油的腐蚀环境下也具有优良的耐均匀腐蚀和耐点蚀性能，同时焊缝还具有良好的力学性能。
文档编号B23K35/30GK102114581SQ20111008569
公开日2011年7月6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