Lng結(jié)構(gòu)及船用9鎳鋼焊接用反比例配方高堿度渣系鎳基焊條的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎳基焊接材料，特別是一種反比例配方新型高堿度渣系的LNG結(jié) 構(gòu)及船用9鎳鋼（亦稱9% Ni鋼）焊接用ENiCrFe-9鎳基焊條。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球工業(yè)化、信息化進(jìn)程的加快，世界各國(guó)對(duì)能源需求急劇增長(zhǎng)，同時(shí)嚴(yán)重制 約著經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的能源短缺、燃煤污染等問題也日漸暴露。天然氣作為優(yōu)質(zhì)清潔燃料 和重要的化工原材料，已成為當(dāng)今世界三大支柱能源之一。近10年來，天然氣在社會(huì)發(fā)展 中的地位和作用日益突出，全球天然氣生產(chǎn)及消費(fèi)都呈穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，預(yù)計(jì)到2020年全球 天然氣貿(mào)易量的40%將是液化天然氣LNG(Liquefied Natural gas)。LNG的發(fā)展帶動(dòng)了 LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，LNG產(chǎn)業(yè)包括生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、接收及應(yīng)用五個(gè)階段。在LNG運(yùn)輸中LNG 船是整個(gè)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的重要部分。由于LNG是將天然氣冷卻至-163°C，即LNG船是在-162°C 低溫下運(yùn)輸液化氣的專用船舶，是一種"海上超級(jí)冷凍車"，即工作環(huán)境要求制造LNG船的 材料具有較好的低溫韌性以及在低溫環(huán)境中具有較好的強(qiáng)度。
[0003] 9Ni鋼是1944年美國(guó)國(guó)際鎳公司開發(fā)的W(Ni)-9%的中合金鋼，它是一種低碳調(diào)質(zhì) 鋼。這種鋼材在極低溫度下具有良好的韌性和高強(qiáng)度，使用溫度最低可達(dá)_196°C，而且與奧 氏體不銹鋼和鋁合金相比具有熱脹系數(shù)小、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，自I960年研宄證明不進(jìn)行焊 后消除應(yīng)力熱處理亦可安全使用以來，9Ni鋼就成為用于制造大型LNG儲(chǔ)罐的主要材料之 一。9Ni鋼的主要特點(diǎn)是高鎳含量、高純凈度、較高強(qiáng)度、高的低溫沖擊韌性、焊接性好，其化 學(xué)成分為：Ni :8. 5 ~9. 5%、C :0? 0005 ~0? 012%、Si :0? 05 ~0? 4%、Mn :0? 30 ~0? 80%、 S 彡 0? 005%、P 彡 0? 008%、M〇 :0? 05 ~0? 013%、V 彡 0? 01%。9Ni 鋼的力學(xué)性能為：抗拉 強(qiáng)度 Rm :680 ~820MPa、屈服強(qiáng)度 ReH 彡 570MPa、伸長(zhǎng)率 A 彡 20%、-196°C KV 彡 100J。 [0004]隨著我國(guó)能源戰(zhàn)略的調(diào)整，LNG產(chǎn)業(yè)在我國(guó)一直保持迅猛發(fā)展的勢(shì)頭，LNG產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展極大的提高了對(duì)9Ni鋼以及9Ni鋼焊接材料的需求，但是目前9Ni鋼焊接電焊條對(duì)品 種和性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了 9Ni鋼焊接技術(shù)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種LNG結(jié)構(gòu)及船用9鎳鋼焊接用反比例配方高堿度渣 系鎳基焊條，與LNG結(jié)構(gòu)及船用9Ni鋼焊接要求相匹配，以達(dá)到使熔敷金屬在-196°C下具有 與母材相匹配的低溫沖擊韌性、較高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的效果，使得9Ni鋼在LNG船上 應(yīng)用時(shí)能夠充分發(fā)揮母材本身的優(yōu)良性能，同時(shí)焊條在焊接時(shí)具有良好的工藝性能。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種LNG結(jié)構(gòu)及船用9鎳鋼焊接用反比例配方高堿度渣系鎳基焊條，包括焊芯 及裹覆于焊芯表面的藥皮，其特征在于：所述焊芯的化學(xué)成分及其重量百分比含量為： C彡0? 02%，S彡0? 01%，P彡0? 01%，Ni彡99. 0%，其余元素含量彡0? 50%，各成分總量 為 100%〇
[0008] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的藥皮中粉料的成分及其重量百分比含量為：大理石5~ 10%、螢石20~30%、碳酸鍶5~11%、金屬鉻24~30%、金屬錳4~10%、鉬8~13%、 鎢鐵1~5%、鈮鐵3~8%、有機(jī)物0. 5~1. 5%、純堿0. 5~1. 5%、硅鐵2~4%、鈦鐵 1~3%，各成分總量為100%;將各成分的粉料按照比例均勻混合，再加入占所述藥皮中粉 料的質(zhì)量16%~35%的水玻璃均勻混合，然后送入壓涂機(jī)內(nèi)按照常規(guī)方法將其裹覆于所 述焊芯上，最后經(jīng)過低溫烘焙以及高溫烘焙后即成為所述新型渣系鎳基電焊條。
[0009] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的螢石在所述藥皮中的重量百分比與所述大理石和碳酸鍶 在所述藥皮中的重量百分比的總和之比在5/4~15/7之間，即螢石在藥皮中的重量百分比 /大理石和碳酸鍶在藥皮中的重量百分比的總和=5/4~15/7。
[0010] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的藥皮中各粉料的主要成分的質(zhì)量百分比含量如下：大理 石中CaC0 3含量多96%，螢石中CaF2含量多96%，鈮鐵中Nb含量為50~65%，鎢鐵中W 含量為70~80%，金屬鉻中Cr含量多99%，金屬錳中Mn含量多99%，金屬鉬中含Mo量 彡99 %，鈦鐵中Ti含量為25~35 %，硅鐵中Si含量為40~45 %，碳酸鍶中SrC03含量 彡 98%，純堿中 Na2C03> 98%。
[0011] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的水玻璃為鈉水玻璃、鉀水玻璃或者鉀鈉水玻璃，其波美濃 度為41°~43°之間。
[0012] 作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的低溫烘焙的溫度為100~150°C ;高溫烘焙的溫度為 300 ~350。。。
[0013] 本發(fā)明的藥皮原材料中各成分的主要作用如下：
[0014] 大理石：屬于造渣、造氣材料，大理石能增大熔渣堿度，增加了冶金去硫能力，降低 了硅的滲入，增大了該渣系氣保護(hù)的比例，有利于渣的物化性質(zhì)的改善，有利于脫渣和渣的 保護(hù)效果。
[0015] 鉀水玻璃：水玻璃只要是作為粘結(jié)劑，由于含有K所以還有穩(wěn)弧作用，但是過多過 濃會(huì)造成焊速慢、飛濺大，渣的粘度提高，影響機(jī)械性能，其次，模數(shù)過高促使藥皮快干性加 強(qiáng)，使焊條藥皮易偏心，用時(shí)經(jīng)高溫烘干后藥皮強(qiáng)度亦會(huì)降低。
[0016] 有機(jī)物：少量有機(jī)物可以改善壓涂性能，但是有機(jī)物過多易使焊縫產(chǎn)生氣孔。
[0017] 純堿：主要起潤(rùn)滑作用，使焊條易于加工成形。另外，提高水玻璃的穩(wěn)定性，阻止 水玻璃水解反應(yīng)的進(jìn)行。
[0018] 各種合金：滲入合金，補(bǔ)充焊接過程中合金元素的燒損，補(bǔ)充焊縫中該合金成分， 改善焊縫凝固組織，提高焊縫的力學(xué)性能。
[0019] 螢石：螢石能有效的去除H，可以降低液態(tài)金屬的表面張力，提高熔渣的流動(dòng)性， 但是在焊接過程中螢石分解會(huì)產(chǎn)生有害氣體氟化氫、會(huì)造成電弧的不穩(wěn)定，因此必須嚴(yán)格 控制其用量
[0020] 鈦鐵：可以有效的脫氧，其Ti與氧生成的Ti02還有利于脫渣。
[0021] 硅鐵：可以有效的脫氧，但是必須控制硅鐵的含量，否則易造成熔敷金屬滲硅嚴(yán) 重。
[0022] 碳酸鍶：造氣造渣，增加熔渣的活性，可以使渣均勻覆蓋在焊縫表面，同時(shí)，相同質(zhì) 量的碳酸鍶與碳酸鈣相比，碳酸鋇可以較少的生成二氧化碳。但碳酸鍶價(jià)格較高，所以為控 制成本必須控制用量。
[0023] 與現(xiàn)有的鎳基電焊條相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 具有優(yōu)良的焊接工藝性能，可進(jìn)行全位置焊接；具有良好的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以 及沖擊韌性，尤其是在-196°C時(shí)仍具有良好的綜合力學(xué)性能。
[0025] 本發(fā)明所述新型渣系鎳基焊條的熔敷金屬力學(xué)性能達(dá)到