專利名稱：一種與9Ni鋼配套用鎳基電焊條的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種焊接加工用電焊條，特別是一種滿足GB/T13814-2008中ENi6620 要求的與9M鋼(亦稱M9鋼、鋼)配套用鎳基電焊條，采用該焊條焊接的9M鋼低溫設備在-196°C條件下使用仍具有良好的綜合性能；也可用于UNS K81340類合金與其它鋼種以及鎳鉻鉬合金鋼的焊接和堆焊。
背景技術：
9M鋼是一種在-196°C低溫性條件下使用仍具有優良的力學性能的鎳基合金鋼板，其化學成分為:Ni 8. 5-9. 5 C :0005-0. 012 Si :0. 05-0. 4 Mn 0. 30-0. 80%, S ^ 0. 005%, P 彡 0. 008、Mo :0. 05-0. 013%, V 彡 0. 01 %、余量為鐵及不可避免的雜質；力學性能抗拉強度Rm:680-820Mpa、屈服強度ReH彡570Mpa、伸長率 A彡20%, -196 0C kv彡100J。該鋼種與具有優良性能的不銹鋼相比、具有合金含量少、 價格便宜的優點；與低溫用鋁合金(如LF5)相比，有許用應力大、熱膨脹率小的優點。因此成為-196°C級低溫設備和容器的最重要結構材料，廣泛用于制造液氮和液化天然氣 (Liquefied NaturalGas ；簡稱LNG)貯罐；9Ni鋼自1944年由美國INCO公司開發以來，截止1995年世界上已經建造出的最大9Ni鋼儲罐為14萬m3。LNG的廣泛應用需要建造大型的低溫儲罐，大型LNG儲罐設備的制造，不但離不開相應的低溫深冷設備專用材料9Ni 鋼，而且也離不開與9M鋼相匹配的具有良好性能的焊接材料。然而，目前普遍采用的用于9M鋼焊接的電焊條存在熔敷金屬的力學性能普遍較差，特別是其中的抗拉強度Rm( — 般均< 600MPa)和/或-196°C kv(—般為80-90J)與母材差距較大；例如、在公開號為 CN 101745759A、發明名稱為《一種鎳基焊條》的專利文獻所公開的即屬于此類焊條，該焊條用于 9Ν 鋼焊接、其熔敷金屬成分為:C. 0. 017%, S. 0. 0081%, P. 0. 005%, Si. 0. 821%, Mn. 5. 1 %, Cr. 15. l%,Ni. 68. 93%, Fe. 7. 83%, Cu. 0. 04%, TiO2. 1. 42、Nb. 1. 37% ；熔敷金屬力學性能為RTO.2 :410MPa, Rm :590MPa, A5 :36%。因而，上述背景技術存在熔敷金屬的化學成分與母材(9Ni鋼)不匹配，抗拉強度、低溫沖擊性能(_196°Ckv)遠低于母材，用于9Ni 鋼大型低溫儲罐的焊接、大幅度地限制了大型低溫儲罐的使用性能及使用壽命，母材的優良性能得不到充分利用等弊病。
發明內容
本發明的目的在于針對9Ni鋼的成分以及在低溫環境下使用對其綜合性能的要求，研究開發一種與9Ni鋼配套用鎳基電焊條，以達到在對9Ni鋼進行焊接、其焊接熔敷金屬在-196°C條件下依然具有與母材相匹配的高抗拉強度和低溫沖擊性能、很強的耐腐蝕性能，用于9M鋼大型低溫儲罐等的焊接可充分發揮母材的優良性能、大幅度地提高大型低溫儲罐的使用性能及使用壽命，以及焊接時電弧穩定、飛濺小、脫渣好、成型美觀，全位置操作性能好等目的。本發明與9Ni鋼配套用鎳基電焊條包括鎳鉻鉬鋼絲(盤元)焊芯及裹覆于
3焊芯表面的藥皮，關鍵在于以重量百分比計，焊芯成分為(wt :C. ^0. 02wt%, Mn. 2. 00-5. OOwt %、Si. 0. 010-0. 20wt %、Ni. 55. 0-70. Owt %、Fe. 2. 50-10. OOwt %、 Cu. 0. 05-0. 30wt %、Cr. 14. 00-19. OOwt %、Mo. 7. 00-10. OOwt %、Nb. 1. 00-2. 50wt %、 C0. 0. 001-0. OlOwt %、S彡0. OlOwt P彡0. 020wt%、余量為雜質，以上焊芯中各成分的總量為100wt% ；藥皮以焊芯的重量百分比計、其成分為大理石.9. 0-10. 5、螢石.7. 0-8. 5、碳酸鋇.8. 0-9. 5、金紅石.8. 0-8. 5、氟化物.4. 0-5. 0、鈮鐵粉.0. 6-1. 0、金屬鎢粉· 1. 2-1. 5、純堿0. 7-1. 0、電解錳1. 0-1. 5，將各成分的粉料按比例混合均勻后、加入總成分重10-20%的粘結劑攪拌混合均勻；然后送入壓條機內按常規方法將其裹覆于焊芯上、再經低溫及高溫烘焙，即成；焊條中藥皮重量為焊芯重量的40-50%。上述藥皮各成分中其主成分的含量)大理石中CaCO3彡96%，螢石中 CaF2彡96%，碳酸鋇中BaCO3彡98. 5 %，金紅石中TiR彡96%，氟化物中F. 45-53%, Al. 15-20%,K. 25-30%，鈮鐵中:Nb 彡 50%,Si ( 2. 5%,Al ( 2. 0%,Fe0. 20-30%，金屬鎢粉中W > 99%。而所述加入總成份重10-20%的粘結劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃，其濃度為41° -43°。所述低溫烘焙的溫度為80-120°C;高溫烘焙的溫度為350-400°C。本發明藥皮原料中各成分的主要作用如下大理石屬于造渣、造氣材料，在電弧熱的作用下分解成CaO和(X)2能夠提高熔渣的堿度，穩定電弧、細化熔滴，增大熔渣與金屬界面張力，改善脫渣，并有較好的脫硫能力。螢石一定量的螢石可以降低液態金屬的表面張力，提高熔渣的流動性，降低焊縫氣孔，改善熔渣的物理性能，對焊縫成型、脫渣等起關鍵作用，也是降低焊縫中氫擴散的主要材料；但因焊接過程中螢石分解，產生有害氣體-氟化氫、會造成電弧不穩定，因此需嚴格控制其用量。金紅石金紅石的作用主要是穩弧、造渣，能夠調節熔渣的熔點、粘度、表面張力和流動性，改善焊縫成形、減小飛濺；在本發明中加入焊芯重8. 0-8. 5%金紅石，對焊縫成形、 電弧穩定性起關鍵作用。碳酸鋇建渣、造氣的材料，能夠調整熔渣物理性能改善脫渣性的作用。氟化物主要作用是造渣，改善焊條的工藝性能，對降低熔敷金屬氫含量也是有益的；氟化物的含量超過8%時，就會惡化電弧的穩定性，為降低焊條焊接過程中的發塵量和毒性，因而在本發明中氟化物的加入量限制在焊芯重的4. 0-5. 0%。鈮鐵鈮鐵的加入除主要向熔敷金屬過渡Nb元素外，鈮鐵中的FeO對焊條工藝性能也有促進作用。電解錳可起到脫硫、脫氧的作用，還可以向焊縫過渡(滲入)錳元素、提高焊縫強度。純堿可改善焊條的壓涂性能、同時也有穩弧作用，但加入量過多則導致藥皮容易吸潮。本發明即通過上述藥皮成分的有機組配并與鎳鉻鉬焊芯配合、從而實現了本發明的目的。因而本發明具有焊接時電弧穩定、基本無飛濺、脫渣好、焊縫成型美觀、全位置焊接性能優良；尤其是在-196°C條件下使用仍具有良好的綜合性能。采用本發明焊條對 9Ν 鋼大型低溫儲罐焊接、其焊縫(熔敷金屬)力學性能RPq.2 :405MPa, Rm :670MPa, A5 50%，-196°C平均沖擊值為120J，完全滿足9Ni鋼大型低溫儲罐等的焊接要求、并可充分發揮母材的優良性能、大幅度提高大型低溫儲罐的使用性能及壽命等特點。
具體實施例方式實施例1本實施例焊芯成分為(wt%) :Ni. 67. 2%, Cr. 15. 76%, Mo. 8. 5%, C. 0. 014%, Mn. 3. 18 Si. 0. 15 Fe. 3. 52 Cu. 0. 015 Nb. 1. 32 C0. 0. 003 S. 0. 002
P. 0. 005%、余量為雜質；就IOOkg焊芯為例，藥皮中各成分重量如下含CaC0397 . 50%的大理石 9. 5kg,含 CaF296. 70 % 的螢石 7. 5kg,含 BaC0398 . 8 % 的碳酸鋇 8. 5kg,含 Ti0297 . 6 % 的金紅石 8. 3kg，含F 50. 3%,Al 18. 2%、K. 27. 0%的氟化物 5. 0kg，含Nb 56. 5%,Si 1.5%、 Al 0.8%, FeO洸· 7 %的鈮鐵0. 7kg，含W 99. 2 %的金屬鎢粉1. 2kg，純堿(工業純) 0. 85kg，電解錳1. 3kg ；將上述粉料拌混合均勻后，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃6. 7kg混合均勻，然后送入壓條機內將其包裹于焊芯上，再經100°c低溫烘焙2小時、380°C高溫烘焙 1小時，即成。本實施例所得焊條(采用直流反接焊接)進行9M鋼焊接實驗，電弧穩定、基本無飛濺，脫渣性良好，全位置焊接性能優良，焊縫成型美觀，焊道高度適中；其熔敷金屬成分Cr. 14. 10%, Mo. 7. 46%, C. 0. 016%, Mn. 2. 63%, Si. 0. 26%, Fe. 4. 74%, Cu. 0. 088%, Nb. 0. 542%, C0. 0. 031%, S. 0. 002%, P. 0. 005%、余量為 Ni 及不可避免的雜質。實施例2本實施例焊芯成分與實施例1相同；仍就IOOkg焊芯為例，藥皮中各成分重量如下含 CaC0397 . 50 % 的大理石 10. Okg,含 CaF296. 70 % 的螢石 7. Okg,含 BaC0398 . 8 % 的碳酸鋇 9. 5kg，含 Ti&97. 6% 的金紅石 8. Okg,含 F 50. 3%, Al 18. 2%, K. 27. 0% 的氟化物 4. 5kg，含 Nb 56. 5%,Si 1. 5%,Al 0. 8%,FeO 26. 7%的鈮鐵 0. 7kg，含 W 99. 2%的金屬鎢粉1. 3kg，純堿(工業純)0. 90kg,電解錳1. Okg ；其余亦與實施例1相同。本實施例所得焊條進行9Ni鋼焊接實驗，其熔敷金屬成分Cr. 14. 30%, Mo. 7. 71 C. 0. 013 Mn. 2. 44 Si. 0. 22 Fe. 4. 66 Cu. 0. 068 %、Nb. 0. 552 %、 C0. 0. 028%, S. 0. 007%, P. 0. 004%、余量為Ni.及不可避免的雜質。實施例3本實施例焊芯成分與實施例1相同；仍就IOOkg焊芯為例，藥皮中各成分重量如下含 CaC0397 . 50 % 的大理石 9. 80kg,含 CaF296. 70 % 的螢石 8. Okg,含 BaC0398 . 8 % 的碳酸鋇 9. Okg,含 Ti&97. 6% 的金紅石 8. 5kg，含 F 50. 3%, Al 18. 2%, K. 27. 0% 的氟化物 4. 5kg，含 Nb 56. 5%,Si 1. 5%,Al 0. 8%,FeO 26. 7%的鈮鐵 0. 8kg，含 W 99. 2%的金屬鎢粉1. 4kg，純堿(工業純)0. 80kg，電解錳1. 3kg ；其余亦與實施例1相同。本實施例所得焊條進行9Ni鋼焊接實驗，其熔敷金屬成分Cr. 14. 33%, Mo. 7.68%, C. 0.014%, Mn. 2. 55%, Si. 0. 225 %、Fe. 4. 82%, Cu. 0. 079 %、Nb. 0. 660 %、 C0. 0. 025%, S. 0. 009%, P. 0. 005%、余量為Ni.及不可避免的雜質。上述實施例1、2、3焊接實驗，三組熔敷金屬力學性能的平均值分別為RP。.2: 405MPa, Rm :670Mpa，A5 50%, _196°C平均沖擊值為 120J。
權利要求
1.一種與9Ni鋼配套用鎳基電焊條，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮，其特征在于焊芯成份以重量百分比計為:C. ( 0. 02wt %, Mn. 2. 00-5. OOwt %, Si. 0. 010-0. 20wt %, Ni. 55. 0-70. Owt %、Fe. 2. 50-10. OOwt %、Cu. 0. 05-0. 30wt %、Cr. 14. 00-19. OOwt %、 Mo. 7. 00-10. OOwt %、Nb. 1. 00-2. 50wt %、C0. 0. 001-0. OlOwt S ^ 0. OlOwt %、 P^ 0. 020wt%、余量為雜質，以上焊芯中各成分的總量為100wt% ；藥皮以焊芯的重量百分比計、其成分為大理石.9. 0-10. 5、螢石.7. 0-8. 5、碳酸鋇.8. 0-9. 5、金紅石.8. 0-8. 5、氟化物· 4. 0-5. 0、鈮鐵粉· 0. 6-1. 0、金屬鎢粉· 1. 2-1. 5、純堿0. 7-1. 0、電解錳1. 0-1. 5，將各成分的粉料按比例混合均勻后、加入總成分重10-20%的粘結劑攪拌混合均勻；然后送入壓條機內按常規方法將其裹覆于焊芯上、再經低溫及高溫烘焙，即成；焊條中藥皮重量為焊芯重量的40-50%。
2.按權利要求1所述與9M鋼配套用鎳基電焊條，其特征在于所述藥皮中各成分的主成分含量大理石中CaCO3彡96wt%，螢石中CaF2含量彡96wt%，碳酸鋇中 BaCO3 彡 98. 5wt %，金紅石中 11 彡 96wt %,氟化物中F. 45-53wt Al. 15-20wtK. 25-30wt%，鈮鐵中Nb 彡 50wt%,Si 彡 2. 5wt%,Al 彡 2. 0wt%,Fe0. 20_30wt%，金屬鎢粉中W彡99wt%。
3.按權利要求1所述與9M鋼配套用鎳基電焊條，其特征在于所述加入總成份重 10-20%的粘結劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃，其濃度為41° -43°。
4.按權利要求1所述與9M鋼配套用鎳基電焊條，其特征在于所述低溫烘焙的溫度為 80-120°C ；高溫烘焙的溫度為350-400°C。
全文摘要
該發明屬于9Ni鋼配套用鎳基電焊條。焊芯成分為(wt％)C.≤0.02％、Mn.2.00-5.00％、Si.0.010-0.20％、Ni.55.0-70.0％、Fe.2.50-10.00％、Cu.0.05-0.30％、Cr.14.00-19.00％、Mo.7.00-10.00％、Nb.1.00-2.50％、C0.0.001-0.010％、S≤0.010％、P≤0.020％、余量為雜質；藥皮以焊芯的重量百分比計其成分為大理石.9.0-10.5、螢石.7.0-8.5、碳酸鋇.8.0-9.5、金紅石.8.0-8.5、氟化物.4.0-5.0、鈮鐵粉.0.6-1.0、金屬鎢粉.1.2-1.5、純堿.0.7-1.0、電解錳.1.0-1.5，粘結劑為粉料總重量10-20％，經混合、裹覆于焊芯上及低、高溫烘焙。該發明具有焊接時電弧穩定、基本無飛濺、脫渣好、焊縫成型美觀、全位置焊接性能優良；在-196℃條件下使用仍具有良好的綜合性能。
文檔編號B23K35/365GK102500951SQ20111032819
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月20日 優先權日2011年10月20日
發明者張克靜, 陳維富, 黃義芳 申請人:四川大西洋焊接材料股份有限公司