一种Lng结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条的制作工艺流程

　　Lng结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条的制作方法

　　【技术领域】

　　[0001] 本发明涉及一种镍基焊接材料，特别是一种适用于LNG结构及船用9镍钢（亦称 9% Ni钢）焊接的新型渣系ENiCrFe-9镍基焊条。

　　【背景技术】

　　[0002] 随着全球工业化、信息化进程的加快，世界各国对能源需求急剧增长，同时严重制 约着经济可持续发展的能源短缺、燃煤污染等问题也日渐暴露。天然气作为优质清洁燃料 和重要的化工原材料，已成为当今世界三大支柱能源之一。近10年来，天然气在社会发展 中的地位和作用日益突出，全球天然气生产及消费都呈稳步增长态势，预计到2020年全球 天然气贸易量的40%将是液化天然气LNG(Liquefied Natural gas)。LNG的发展带动了 LNG产业的发展，LNG产业包括生产、运输、储存、接收及应用五个阶段。在LNG运输中LNG 船是整个运输环节的重要部分。由于LNG是将天然气冷却至-163°C，即LNG船是在-162°C 低温下运输液化气的专用船舶，是一种"海上超级冷冻车"，即工作环境要求制造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。

　　[0003] 9Ni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，使用温度最低可达_196°C，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，自I960年研宄证明不进行焊 后消除应力热处理亦可安全使用以来，9Ni钢就成为用于制造大型LNG储罐的主要材料之 一。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：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 钢的力学性能为：抗拉 强度 Rm :680 ~820MPa、屈服强度 ReH 彡 570MPa、伸长率 A 彡 20%、-196°C KV 彡 100J。 [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 发展极大的提高了对9Ni钢以及9Ni钢焊接材料的需求，但是目前9Ni钢焊接电焊条对品 种和性能还远远满足不了 9Ni钢焊接技术的发展。

　　【发明内容】

　　[0005] 本发明的目的在于，提供一种LNG结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条，与 LNG结构及船用9Ni钢焊接要求相匹配，以达到使熔敷金属在-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的效果，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LNG结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条，包括焊芯及裹覆于焊 芯表面的药皮，该焊芯的化学成分及其重量百分比含量为：C < 0. 02%，S < 0. 01 %， P < 0. 01%，Ni彡99. 0%，其余元素含量< 0. 50%，各成分总量为100%。

　　[0008] 作为进一步改进，所述的药皮中粉料的成分及其重量百分比含量为：大理石5~ 15%、冰晶石14~23%、金红石5~10%、碳酸钡5~10%、金属络22~28%、金属猛4~ 7%、钼5~8%、钼铁3~8%、钨铁2~4%、铌铁3~7%、有机物0. 5~1. 5%、钛酸钾 0. 5~1. 5%、硅铁1~3%、钛铁1~4%，各成分总量为100%;将各成分的粉料按照比例 均匀混合，再加入占所述药皮中粉料的质量16%~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 新型渣系镍基电焊条。

　　[0009] 作为进一步改进，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CaC0 3含量彡96% ;冰晶石中F含量彡53%，Na含量彡31%，A1含量彡13% ;铌铁 中Nb含量为50~65%;钨铁中W含量为70~80%;金属铬中Cr含量多99%，金属锰中 Mn含量彡99%;金属钼中Mo含量彡99%;钼铁中Mo含量为55~65 %，钛铁中Ti含量为 25~35% ;硅铁中Si含量为40~45% ;碳酸钡中BaC03含量彡98% ;钛酸钾中Ti02含量 彡70%，K20含量为17~21%。

　　[0010] 作为进一步改进，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] 作为进一步改进，所述的低温烘焙的温度为1〇〇~150°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] 钾水玻璃：水玻璃只要是作为粘结剂，由于含有K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] 钛酸钾：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] 合金：渗入各种合金，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。

　　[0018] 冰晶石：冰晶石能有效的去除H，可以降低液态金属的表面张力，提尚恪澄的流动 性；但是在焊接过程中冰晶石分解会产生有害气体氟化氢，过多的冰晶石会造成电弧的不 稳定，因此必须严格控制其用量。

　　[0019] 钛铁：可以有效的脱氧，其Ti与氧生成的1102还有利于脱渣。

　　[0020] 硅铁：可以有效的脱氧，但是必须控制硅铁的含量否则易造成熔敷金属渗硅严重。

　　[0021] 碳酸钡：造气造渣，增加熔渣的活性，可以使渣均匀覆盖在焊缝表面；相同质量的 碳酸钡与碳酸钙比较，碳酸钡可以较少的生成二氧化碳；但是由于钡是重金属，所以必须严 格控制碳酸钡的含量。

　　[0022] 金红石：造渣，可以使渣能够均匀的覆盖焊缝的表面，适量的金红石有利于脱渣。

　　[0023] 与现有的镍基电焊条相比，本发明具有以下优点：

　　[0024] 具有优良的焊接工艺性能，可进行全位置焊接；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。

　　[0025] 本发明所述新型渣系镍基焊条的熔敷金属力学性能达到：屈服强度：457MPa，抗 拉强度：707MPa，伸长率44%，-196°C时冲击值为78J，完全满足9Ni钢LNG船储罐的焊接 要求；本发明焊后形成熔敷金属的组份及重量百分比为：C :彡0. 05%，Mn :1. 2~4. 0%， Si :彡 0? 5 %，Cr :12. 0 ~16. 0 %，Mo :2. 0 ~4. 0 %，Nb :0? 5 ~2. 0 %，K 1. 2 %，P : 彡0? 015%，S :彡0? 015%，Ni :彡60%，完全符合镍及镍合金焊条的GB/T 13814ENi6620标 准和 AWS A5. llENiCrFe-9 标准。

　　【具体实施方式】

　　[0026] 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。

　　[0027] 本发明提供了一种LNG结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条，其包括焊芯 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；所述焊芯的化学成分及其重量百分比含量为：c < 0. 02%，S < 0. 01%， P < 0. 01%，Ni彡99. 0%，其余元素含量< 0. 50%，各成分总量为100%。

　　[0028] 所述的药皮中粉料的成分及其重量百分比含量为：大理石5~15%、冰晶石14~ 23%、金红石5~10%、碳酸钡5~10%、金属铬22~28%、金属锰4~7%、钼5~8%、 钼铁3~8%、钨铁2~4%、铌铁3~7%、有机物0. 5~1. 5%、钛酸钾0. 5~1. 5%、硅铁 1~3%、钛铁1~4%，各成分总量为100%。

　　[0029] 所述的药皮中各粉料的主要成分的质量百分比含量达到如下要求：大理石中 CaC0 3含量彡96% ;冰晶石中F含量彡53%，Na含量< 31%，A1含量彡13% ;铌铁中Nb含 量为50~65% ;钨铁中W含量为70~80% ;金属铬中Cr含量彡99%，金属锰中Mn含量 彡99% ;金属钼中Mo含量彡99% ;钼铁中Mo含量为55~65%，钛铁中Ti含量为25~ 35 %;硅铁中Si含量为40~45 %;碳酸钡中BaC03含量彡98 %;钛酸钾中TiO 2含量彡70 %， K2〇含量为17~21%。

　　[0030] 将各成分的粉料按照比例均匀混合，再加入占所述药皮中粉料的质量16%~ 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新型渣系镍基电焊条；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；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。

　　[0031] 以下为本发明中粉料不同重量百分比含量的三个实施例。

　　[0032] 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。

　　[0033] 表1三实施例焊条药皮粉料的成分配比（重量％ )

　　[0034]

　　[0035] 表2三实施例电焊条的熔敷金属化学成分（重量％ )

　　[0037] 表3三实施例电焊条的熔敷金属力学性能

　　【主权项】

　　1. 一种LNG结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条，包括焊芯及裹覆于焊芯 表面的药皮，其特征在于：所述焊芯的化学成分及其重量百分比含量为：C<0.02%， S彡0? 01%，P彡0? 01%，Ni彡99. 0%，其余元素含量彡0? 50%，各成分总量为100%。2. 根据权利要求1所述的LNG结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条，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5~15%、冰晶石14~23%、 金红石5~10%、碳酸钡5~10%、金属铬22~28%、金属锰4~7%、钼5~8%、钼铁 3~8%、钨铁2~4%、铌铁3~7%、有机物0. 5~1. 5%、钛酸钾0. 5~1. 5%、硅铁1~ 3%、钛铁1~4%，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 药皮中粉料的质量16%~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新型渣系镍基电焊条。3. 根据权利要求2所述的LNG结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条，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含量多96% ; 冰晶石中F含量彡53%，Na含量彡31 %，Al含量彡13% ;铌铁中Nb含量为50~65% ;钨 铁中W含量为70~80%;金属铬中Cr含量彡99%，金属锰中Mn含量彡99%;金属钼中Mo 含量多99% ;钼铁中Mo含量为55~65%，钛铁中Ti含量为25~35% ;硅铁中Si含量为 40~45%;碳酸钡中BaCO3含量彡98%;钛酸钾中TiO2含量彡70%，K2O含量为17~21%。4. 根据权利要求2所述的LNG结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条，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LNG结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条，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。

　　【专利摘要】一种LNG结构及船用9镍钢焊接用新型渣系镍基焊条，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的药皮，焊芯的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％；药皮中粉料的成分及其重量百分比含量为：大理石5～15％、冰晶石14～23％、金红石5～10％、碳酸钡5～10％、金属铬22～28％、金属锰4～7％、钼5～8％、钼铁3～8％、钨铁2～4％、铌铁3～7％、有机物0.5～1.5％、钛酸钾0.5～1.5％、硅铁1～3％、钛铁1～4％，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16％～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。本发明在-196℃时仍具有良好的综合力学性能，并且具有优良的焊接工艺性能，可进行全位置焊接。

　　【IPC分类】B23K35/365, B23K35/30

　　【公开号】CN104907730

　　【申请号】CN201510270814

　　【发明人】何国, 王皇

　　【申请人】上海交通大学

　　【公开日】2015年9月16日

　　【申请日】2015年5月25日