一种焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条的制作方法
【专利摘要】一种焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条，包括纯镍焊芯及裹覆于焊芯表面的药皮，焊芯的成分及其含量（wt%）为：C≤0.02%，S≤0.01%，P≤0.01%，Ni≥99.0%，其余元素含量≤0.50%，各成分总量为100%；药皮中粉料各成分重量百分比为：大理石25～35%，萤石10～21%，金属铬12～28%，金属锰4～10%，钼铁8～16%，钨铁1～6%，铌铁7～15%，有机物0～2%，纯碱0～2%，各成分总量为100%；将各成分的粉料按照比例与占药皮总质量25%～35%的水玻璃均匀混合，送入压涂机内将其裹覆于焊芯上，经过低温烘焙以及高温烘焙后即成。本发明焊接工艺性好，可全位置焊接，其熔敷金属具有较高的屈服强度、较高的抗拉强度以及较好的低温冲击韧性能，-196℃时仍具有较高的低温冲击值。
【专利说明】一种焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镍基焊接材料，特别是一种适于焊接LNG船用9Ni钢(亦称9%Ni钢)的低氢型镍基电焊条。
【背景技术】
[0002]9Ν?钢是1944年美国国际镍公司开发的W(Ni)_9%的中合金钢，它是一种低碳调质钢。这种钢材在极低温度下具有良好的韧性和高强度，而且与奥氏体不锈钢和铝合金相比，具有热胀系数小、经济性好的优点，使用温度最低可达_196°C。9Ni钢的主要特点是高镍含量、高纯净度、较高强度、高的低温冲击韧性、焊接性好，其化学成分为:N1:8.5~9.5%，C:0.0005 ~0.012%, Si:0.05 ~0.4%, Mn:0.30 ~0.80%, S^0.005%, P^0.008%, Mo:0.05 ~0.013%，V≤0.01% ;力学性能:抗拉强度Rm:680~820MPa，屈服强度ReH≥570MPa,伸长率A≥20%, -196°C KV≥100J。自1960年研究证明不进行焊后消除应力热处理其亦可以安全使用以来，9Ni钢就成为用于制造大型LNG船的主要材料之一。
[0003]LNG (Liquefied Natural gas,液化天然气)船是指将LNG从液化厂运往接收站的专用船舶。由于LNG是被降温到_163°C液体状态的天然气，因此LNG船在运输过程中必须将其保持在_163°C。因而工作环境要求制造LNG船的材料具有较好的低温韧性以及在低温环境中具有较好的强度。
[0004]随着我国能源战略的调整，LNG产业在我国一直保持迅猛发展的势头，LNG产业的发展极大的提高了 9Ni钢以及其焊接材料的需求，但是目前与9Ni钢焊接相匹配的焊接材料较少，这极大的限制了我国9Ni钢焊接技术的发展。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是填补现有技术的空白，提供一种焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条，以达到与焊接9Ni钢相匹配，并且使其熔敷金属在_196°C下具有与母材相匹配的低温冲击韧性、较高的抗拉强度和屈服强度，从而使得9Ni钢在LNG船上应用时能够充分发挥母材本身的优良性能，同时焊条在焊接时具有良好的工艺性能。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的药皮，所述焊芯为纯镍焊芯，焊芯化学成分及其重量百分比含量为:C<0.02%，S^0.01%,P≤0.01%, Ni≥99.0%，其余元素含量≤0.50%，各成分总量为100%。
[0008]进一步地，所述的药皮中粉料的成分及其重量百分比含量为:大理石25~35%，萤石10~21%，金属铬12~28%，金属锰4~10%，钥铁8~16%，钨铁I~6%，铌铁7~15%，有机物O~2%，纯碱O~2%，各成分总量为100% ;将各成分的粉料按照比例均匀混合，再加入占所述药皮总质量25%~35%的水玻璃均匀混合，然后送入压涂机内按照常规方法将其裹覆于所述焊芯上，最后经过低温烘焙以及高温烘焙后即成为所述电焊条。
[0009]进一步地，所述的药皮中各粉料的主要成分的质量百分比含量如下:大理石中CaCO3含量≥96%,萤石中CaF2含量≥96%,铌铁中Nb含量为50~65%，钨铁中W含量为70~80%,金属铬中Cr含量≥99%，金属锰中Mn含量≥99%，钥铁中Mo含量为55~65%。
[0010]进一步地，所述的水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃或者钾钠水玻璃，其波美浓度为41。~43°之间。
[0011]进一步地，所述的低温烘焙的温度为100~150°C ;高温烘焙的温度为300~350。。。
[0012]本发明的药皮原材料中各成分的主要作用如下:
[0013]大理石:属于造渣、造气材料，大理石能增大熔渣碱度，增加了冶金去硫能力，降低了硅的渗入，增大了该渣系气保护的比例，有利于渣的物化性质的改善，有利于脱渣和渣的保护效果。
[0014]水玻璃:水玻璃只是作为粘结剂，由于含有Na、K元素所以还有稳弧作用，但是过多过浓会造成焊速慢、飞溅大，渣的粘度提高，影响机械性能，其次模数过高促使药皮快干性加强，使焊条药皮易偏心，用时经高温烘干后药皮强度亦会降低。
[0015]有机物:少量有机物可以改善压涂性能，但是有机物过多易使焊缝产生气孔。
[0016]纯碱:主要起润滑作用，使焊条易于加工成形；另外提高水玻璃的稳定性，阻止水玻璃水解反应的进行。
[0017]各合金:渗入合金，补充焊接过程中合金元素的烧损；补充焊缝中该合金成分，改善焊缝凝固组织，提高焊缝的力学性能以及物理化学性能。
[0018]萤石:萤石能有效的去除H，可以降低液态金属的表面张力，提高熔渣的流动性，但是在焊接过程中萤石分解会产生有害气体氟化氢，造成电弧的不稳定，因此必须严格控制其用量。
[0019]与现有的焊接9Ni钢用电焊条相比，本发明具有以下优点:
[0020]1、具有焊接工艺性能好的优点，可进行全位置焊接；
[0021]2、形成的焊缝具有良好的屈服强度、抗拉强度以及冲击韧性，尤其是在-196°C时仍具有良好的综合力学性能；本发明的熔敷金属力学性能达到:屈服强度:474MPa，抗拉强度:722MPa，伸长率41%，-196°C时冲击值为126J，完全满足9Ni钢LNG船的焊接要求；本发明焊后熔敷金属的化学成分及重量百分数为:C:≥0.05%, Mn:2.0~4.0%，S1:≥0.5%，Cr:12.0 ~17.0%，Mo:5.0 ~9.0%, Nb:0.5 ~2.0%,ff:1.0 ~2.0%, P:≥ 0.015%, S S 0.015%,N1:≥55%，完全符合镍及镍合金焊条的GB/T13814ENi6620标准和AWS A5.1lENiCrMo-6标准。
【具体实施方式】
[0022]下面对本发明的实施例作详细说明，以下实施例以本发明技术方案为前提给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0023]本发明提供了一种焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条，其包括纯镍焊芯以及裹覆于该焊芯表面的药皮。所述焊芯使用纯镍焊芯，这是因为纯镍焊芯来源广，易于加工，价格便宜；所述焊芯的成分及其重量百分比含量(wt%)为:C < 0.02%, S ^ 0.01%,P≥0.01%, Ni≥99.0%，其余元素含量≥0.50%，各成分总量为100%。
[0024]所述的药皮中粉料的成分及其重量百分比含量为:大理石25~35%、萤石10~21%、金属铬12~28%、金属锰4~10%、钥铁8~16%、钨铁I~6%、铌铁7~15%、有机物O~2%、纯碱O~2%，各成分总量为100% ;所述的药皮中各粉料的主要成分的质量百分比含量如下:大理石中CaCO3含量> 96%,萤石中CaF2含量> 96%,银铁中Nb含量为50~65%,钨铁中W含量为70~80%，金属铬中Cr含量≥99%，金属锰中Mn含量≥99%，钥铁中Mo含量为55~65%。
[0025]将各成分的粉料按照比例均匀混合，再加入占所述药皮总质量25%~35%的水玻璃均匀混合，然后送入压涂机内按照常规方法将其裹覆于所述焊芯上，最后经过低温烘焙以及高温烘焙后即成为所述电焊条；所述低温烘焙的温度为100~150°C，高温烘焙的温度为300~350°C ;所述的水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃或者钾钠水玻璃，其波美浓度为41。~43°之间。
[0026]以下为本发明中粉料不同重量百分比含量的三个实施例。
[0027]以下1#、2#和3#实施例中，焊芯直径为3.2mm，除了药皮粉料的重量百分比含量不同外，其余技术特征均相同。
[0028]表1三实施例电焊条的药皮粉料的成分配比(重量％)
【权利要求】
1.一种焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的药皮，其特征在于:所述焊芯为纯镍焊芯，焊芯化学成分及其重量百分比含量为:C≤ 0.02%,S≤0.01%, P≤0.01%, Ni≤99.0%，其余元素含量≤0.50%，各成分总量为100%。
2.根据权利要求1所述的焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条，其特征在于:所述的药皮中粉料的成分及其重量百分比含量为:大理石25~35%，萤石10~21%，金属铬12~28%，金属锰4~10%，钥铁8~16%，钨铁I~6%，铌铁7~15%，有机物O~2%，纯碱O~2%，各成分总量为100% ;将各成分的粉料按照比例均匀混合，再加入占所述药皮总质量25%~35%的水玻璃均匀混合，然后送入压涂机内按照常规方法将其裹覆于所述焊芯上，最后经过低温烘焙以及高温烘焙后即成为所述电焊条。
3.根据权利要求2所述的焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条，其特征在于:所述的药皮中各粉料的主要成分的质量百分比含量如下:大理石中CaCO3含量≥96%，萤石中CaF2含量> 96%，铌铁中Nb含量为50~65%，钨铁中W含量为70~80%，金属铬中Cr含量≥99%，金属锰中Mn含量≥99%，钥铁中Mo含量为55~65%。
4.根据权利要求2所述的焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条，其特征在于:所述的水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃或者钾钠水玻璃，其波美浓度为41°~43°之间。
5.根据权利要求2所述的焊接LNG船用9Ni钢的低氢型镍基电焊条，其特征在于:所述的低温烘焙的温度为100~150°C ;高温烘焙的温度为300~350°C。
【文档编号】B23K35/30GK103769769SQ201410009501
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】何国, 秦仁耀, 王皇 申请人:上海交通大学