专利名称：一种9Ni钢用烧结焊剂及其制造方法
技术领域：
本发明属于焊接材料生产领域，主要涉及一种9Ni钢用烧结焊剂及其制造方法， 尤其适用于于9Ni钢的埋弧焊接。
背景技术：
天然气是当今世界能源消耗中的重要组成部分，它与煤炭、石油并称为世界能源 的三大支柱。天然气是一种洁净的能源。目前，世界各国为了改变能源结构、改善环境 状态，都开始重视天然气的开发和利用。我国基于对全球环境的负责态度以及丰富的天 然气资源，也加大了对天然气的利用，已经开始在河南，新疆，广东，福建进行液化天然气 (Liquefied natural gas简称LNG)终端的建设，为适应LNG的运输，还建造了大量的LNG 运输车和运输船。由于LNG具有的低温特点，因此对LNG的运输及储藏设备材料的性能尤 其是低温性能要求极高，目前，可用的材料有不锈钢、铝合金和低温钢。在低温钢中，含镍量 为8. 5 9. 5%的(国内称为9Ni钢或Ni9钢)，微观组织为低碳马氏体的钢，在_196°C的 低温环境下具有优异低温韧性。与同样具有优良低温韧性的不锈钢相比，有合金含量少、价 格便宜的优点；与可在同一低温下使用的铝合金(如LF5)相比，有许用应力大、热膨胀率小 的优点。因此成为-196°C级低温设备和套器的重要钢材，被大规模用于制造或建造液氮和 液化天然气(LNG)贮罐。此外9Ni钢还可以作为无磁钢应用在超导工程，核聚变工程。9Ni 钢已经有国内厂家可以供货，但与其配套的用于9Ni钢的焊材主要还是依靠进口，目前国 内使用的9Ni钢用焊丝采用欧美体系的ERNiCrMo-3焊丝配UP/BB444焊剂或林肯的P2000 焊剂焊接。国内有个别厂家生产相应焊剂，但焊接效果较差。且目前国内暂无9M钢用埋 弧焊烧结焊剂的相关专利。本文提出了一种配合ERNiMo-8焊丝焊接9M钢的新型烧结焊 剂。可以应用于LNG罐的焊接，并且各项机械性能及工艺性能均达到使用要求。
发明内容
9M钢为低碳马氏体钢，针对9M钢具有的低温韧性好，线膨胀系数大，直流焊 接时磁偏吹大的特点，本发明的目的是开发出一种9M钢用烧结焊剂及其制造方法，配合 ERNiMo-S焊丝焊接，获得符合LNG设备性能要求的焊缝。本发明提出的焊剂含有重烧镁砂、刚玉以及用作还原剂的金属锰、硅铁、钛铁，用 作改善脱渣性和焊缝成型的金红石、氟化镁、硅灰石，氧化铬绿，用作调整熔渣物理性能和 去氢性能的萤石、冰晶石，用作调节焊缝金属性能的碳酸锶；本发明所涉及的焊剂为低氢型 碱性烧结焊剂，以重烧镁砂、氟化物和硅酸盐为主，同时添加少量铁合金，各组分及其含量 如下重烧镁砂20 30%、萤石8 18%、刚玉20 30%、钾冰晶石1 3%、硅灰 石10 20%、碳酸锶2 8%、金红石1 5%、硅铁1 3%、钛铁1 3%、金属锰 1 5%、氟化镁1 5%、氧化铬绿1 3%。一种9M钢用烧结焊剂的制造方法，其特征是将上述原料混合均勻后，加入原料
3重量23 25%的M =2. 6，室温下Be = 42 45的钾钠水玻璃，钾钠水玻璃的比例为K Na =3 1 ；经150°C 士 10°C低温烘焙2h，800°C 士30°C高温烘焙lh，然后随炉冷却，过12 60目筛，即成成品烧结焊剂。本发明烧结焊剂中各成分的主要作用简述如下重烧镁砂主要作用是造渣，调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝 成型，减少飞溅，脱硫。当电熔镁砂含量超过30%时，熔渣的粘度降低，熔渣流动性变差，覆 盖性降低，当重烧镁砂含量低于20%时，熔渣流动性过好，导致焊缝成形变差。因而将焊剂 中电熔镁砂含量控制在20 30%，优选的含量范围为25 30%。萤石适量的萤石可以降低液态金属的表面张力，改善熔渣的物理性能，使得焊缝 成型美观，降低焊缝气孔敏感性，并能够降低熔敷金属的扩散氢含量。萤石含量低于8%时， 使得焊缝成型不好，焊缝中易出气孔。当萤石含量超过18%时，使电弧稳定性变差，因此控 制焊剂中萤石的含量为8 18%，优选的含量范围为8 13%。刚玉主要作用是造渣，调节熔渣的熔点，粘度及改善熔渣的碱度。当刚玉含量低 于20%时，熔渣的熔点及粘度较低，覆盖性较差；当刚玉含量高于30%时，熔渣熔点过高， 焊接时液体熔渣的铺展性较差，使得熔渣的覆盖性大幅度降低。焊接时电弧稳定性变差。因 而控制焊剂中刚玉含量为20 30%，优选的含量范围为25 30%。钾冰晶石主要作用是造渣、调节熔渣的物理性能和改善电弧稳定性，还具有除氢 作用。冰晶石含量超过3%时，电弧稳定性变差，冰晶石含量低于时，除氢效果较差，因 而限制焊剂中冰晶石含量为1 3%。硅灰石主要用作造渣，改善电弧稳定性及熔滴过渡性能，还具有除硫作用。当硅 灰石含量低于10 %时，造渣量较少，对焊缝保护效果较差，熔滴过渡颗粒较大，焊缝波纹较 粗，当硅灰石含量高于20%时，会增大对焊缝的渗硅，影响焊缝的性能。因而应控制焊剂中 硅灰石含量为10 20%，优选的含量范围为10 14%。碳酸锶主要用作脱氧、脱硫、脱磷，改善焊缝的机械性能。在钢中溶解度较低，可 以减少焊缝金属中杂质总量并改变夹杂物形态，细化晶粒，提高钢材的机械性能。当碳酸锶 含量小于2%时，焊缝的硫磷含量有明显变化，当碳酸锶大于8%以后。焊缝的硫磷含量变 化极小，因此应控制焊剂中碳酸锶的含量为2 8%，优选的含量范围为4 6%。金红石主要用作改善脱渣性。当焊剂中金红石含量小于时，焊缝有部分粘渣 现象，当焊剂中金红石含量达到5 %时，熔渣脱落完全，无粘渣现象。因此控制焊剂中金红石 含量为1 5%，优选的含量范围为1 3%。钛铁和硅铁钛铁和硅铁加入主要起到脱氧的作用，钛铁，硅铁含量小于时， 无缝达到脱氧效果，硅铁加入量高于3%时，会增加焊缝中硅含量。钛铁达到3%脱氧效果 最好，因而控制硅铁和钛铁加入量均为1 3%。金属锰加入主要起到脱氧和调节熔渣粘度的作用，并且过渡到金属中与钼配合 调整焊缝金属的低温冲击韧性。锰加入量低于时，韧性调整效果较差，锰加入量达到 5%时，韧性调整效果达到最佳，因此控制焊剂中金属锰的含量为1 5%，优选的含量范围 为1 3%。氟化镁主要用作调整熔渣的覆盖性，还有除氢作用。当氟化镁含量小于时， 熔渣有覆盖不良现象，当氟化镁含量达到5%时，熔渣覆盖良好，因此焊剂中氟化镁的含量
4应控制在1 5%，优选的含量范围为3 5%。氧化铬绿主要用作在补偿焊缝中铬的烧损，抑制焊缝表面氧化色。当氧化铬绿加 入量低于1 %时，焊缝表面较大面积存在氧化色，当氧化铬绿加入量高于3 %时，熔渣的渣 壳变硬，降低坡口内脱渣性，因而氧化铬绿的加入量应控制在1 3%。发明的效果1、焊缝工艺性能优良。焊接时电弧稳定、焊缝表面白亮无氧化色，熔渣自动翘起， 轻触即脱。焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝浸润角适中。2、可与ERNiMo-8焊丝配合使用，综合机械性能优良。3、可与ERNiMo-8焊丝配合使用，熔敷金属化学成分容易控制。
具体实施例方式结合实施例对本发明加以说明实施例下面给出焊剂成分具体配比如表1。其制造方法是把配方中的矿物原料及铁合金 经过5min干混后，加入水玻璃湿混，水玻璃的M = 2. 6，室温下Be = 42 45，钾钠水玻璃 的比例为K Na = 3 1 ；然后造粒，在大气环境下干燥3h，放入烘箱中低温150°C烘焙2h 后，高温800°C烘焙lh，随炉冷却，再破碎过筛获得12 60目的成品焊剂。经150°C 士 10°C 低温烘焙2h，800°C 士30°C高温烘焙lh，然后随炉冷却，过12 60目筛，即成成品烧结焊 剂。采用ERNiMo-8焊丝配合本发明烧结焊剂进行熔敷，熔敷金属化学成分及性能分 别列于表2和表3。表1实施例成分配比及烘焙制度
权利要求
一种9Ni钢用烧结焊剂，其特征是本发明提出的焊剂含有重烧镁砂、刚玉以及用作还原剂的金属锰、硅铁、钛铁，用作改善脱渣性和焊缝成型的金红石、氟化镁、硅灰石，氧化铬绿，用作调整熔渣物理性能和去氢性能的萤石、冰晶石，用作调节焊缝金属性能的碳酸锶；本发明所涉及的焊剂为低氢型碱性烧结焊剂，以重烧镁砂、氟化物和硅酸盐为主，同时添加少量铁合金，各组分及其含量如下重烧镁砂20～30％，萤石8～18％，刚玉20～30％，钾冰晶石1～3％，硅灰石10～20％，碳酸锶2～8％，金红石1～5％，硅铁1～3％，钛铁1～3％，金属锰1～5％，氟化镁1～5％，氧化铬绿1～3％。
2.按照权利要求1所述的一种9M钢用烧结焊剂，其特征是 量为25 30%。
3.按照权利要求1所述的一种9M钢用烧结焊剂，其特征是 8 13%。
4.按照权利要求1所述的一种9M钢用烧结焊剂，其特征是 20 25%。
5.按照权利要求1所述的一种9M钢用烧结焊剂，其特征是 为10 14%。
6.按照权利要求1所述的一种9M钢用烧结焊剂，其特征是 为4 6%。
7.按照权利要求1所述的一种9M钢用烧结焊剂，其特征是 为1 3%。
8.按照权利要求1所述的一种9M钢用烧结焊剂，其特征是 为3 5%。
9.按照权利要求1所述的一种9M钢用烧结焊剂，其特征是 为1 3%。
10.一种权利1所述9M钢用烧结焊剂的制造方法，其特征是将上述原料混合均勻 后，加入原料重量23 25%的M = 2. 6，室温下Be = 42 45的钾钠水玻璃，钾钠水玻璃 的比例为K Na = 3 1 ；经150°C 士 10°C低温烘焙2h，800°C 士30°C高温烘焙lh，然后随 炉冷却，过12 60目筛，即成成品烧结焊剂。所述重烧镁砂的优选含 所述萤石的优选含量为 所述刚玉的优选含量为 所述硅灰石的优选含量 所述碳酸锶的优选含量 所述金红石的优选含量 所述氟化镁的优选含量 所述金属锰的优选含量
全文摘要
本发明属于焊接材料生产领域，提出的一种9Ni钢用烧结焊剂及其制造方法，烧结焊剂各组分及其含量为重烧镁砂20～30％、萤石8～18％、刚玉20～30％、钾冰晶石1～3％、硅灰石10～20％、碳酸锶2～8％、金红石1～5％、硅铁1～3％、钛铁1～3％、金属锰1～5％、氟化镁1～5％、氧化铬绿1～3％。其制造方法是将配方中的矿物原料及铁合金经过5min干混后，加入水玻璃湿混，然后造粒，在大气环境下干燥3h，放入烘箱中低温150℃烘焙2h后，高温800℃烘焙1h，随炉冷却，再破碎过筛获得12～60目的成品焊剂。本发明提出的焊剂配合ERNiMo-8焊丝焊接时，具有的特点是1)焊缝工艺性能优良。焊接时电弧稳定、焊缝表面白亮无氧化色，熔渣自动翘起，轻触即脱。焊缝成型美观，焊道高度适中，焊缝浸润角适中。2)可与ERNiMo-8焊丝配合使用，综合机械性能优良。3)可与ERNiMo-8焊丝配合使用，熔敷金属化学成分容易控制。
文档编号B23K35/362GK101954553SQ201010292568
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者刘鹏飞, 张晓 , 王效莲 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所