专利名称：一种与9Ni钢配套用镍基电焊条的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接加工用电焊条，特别是一种满足GB/T13814-2008中ENi6620 要求的与9M钢(亦称M9钢、钢)配套用镍基电焊条，采用该焊条焊接的9M钢低温设备在-196°C条件下使用仍具有良好的综合性能；也可用于UNS K81340类合金与其它钢种以及镍铬钼合金钢的焊接和堆焊。
背景技术：
9M钢是一种在-196°C低温性条件下使用仍具有优良的力学性能的镍基合金钢板，其化学成分为: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 %、余量为铁及不可避免的杂质；力学性能抗拉强度Rm:680-820Mpa、屈服强度ReH彡570Mpa、伸长率 A彡20%, -196 0C kv彡100J。该钢种与具有优良性能的不锈钢相比、具有合金含量少、 价格便宜的优点；与低温用铝合金(如LF5)相比，有许用应力大、热膨胀率小的优点。因此成为-196°C级低温设备和容器的最重要结构材料，广泛用于制造液氮和液化天然气 (Liquefied NaturalGas ；简称LNG)贮罐；9Ni钢自1944年由美国INCO公司开发以来，截止1995年世界上已经建造出的最大9Ni钢储罐为14万m3。LNG的广泛应用需要建造大型的低温储罐，大型LNG储罐设备的制造，不但离不开相应的低温深冷设备专用材料9Ni 钢，而且也离不开与9M钢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钢焊接的电焊条存在熔敷金属的力学性能普遍较差，特别是其中的抗拉强度Rm( — 般均< 600MPa)和/或-196°C kv(—般为80-90J)与母材差距较大；例如、在公开号为 CN 101745759A、发明名称为《一种镍基焊条》的专利文献所公开的即属于此类焊条，该焊条用于 9Ν 钢焊接、其熔敷金属成分为: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% ；熔敷金属力学性能为RTO.2 :410MPa, Rm :590MPa, A5 :36%。因而，上述背景技术存在熔敷金属的化学成分与母材(9Ni钢)不匹配，抗拉强度、低温冲击性能(_196°Ckv)远低于母材，用于9Ni 钢大型低温储罐的焊接、大幅度地限制了大型低温储罐的使用性能及使用寿命，母材的优良性能得不到充分利用等弊病。
发明内容
本发明的目的在于针对9Ni钢的成分以及在低温环境下使用对其综合性能的要求，研究开发一种与9Ni钢配套用镍基电焊条，以达到在对9Ni钢进行焊接、其焊接熔敷金属在-196°C条件下依然具有与母材相匹配的高抗拉强度和低温冲击性能、很强的耐腐蚀性能，用于9M钢大型低温储罐等的焊接可充分发挥母材的优良性能、大幅度地提高大型低温储罐的使用性能及使用寿命，以及焊接时电弧稳定、飞溅小、脱渣好、成型美观，全位置操作性能好等目的。本发明与9Ni钢配套用镍基电焊条包括镍铬钼钢丝(盘元)焊芯及裹覆于
3焊芯表面的药皮，关键在于以重量百分比计，焊芯成分为(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%、余量为杂质，以上焊芯中各成分的总量为100wt% ；药皮以焊芯的重量百分比计、其成分为大理石.9. 0-10. 5、萤石.7. 0-8. 5、碳酸钡.8. 0-9. 5、金红石.8. 0-8. 5、氟化物.4. 0-5. 0、铌铁粉.0. 6-1. 0、金属钨粉· 1. 2-1. 5、纯碱0. 7-1. 0、电解锰1. 0-1. 5，将各成分的粉料按比例混合均勻后、加入总成分重10-20%的粘结剂搅拌混合均勻；然后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上、再经低温及高温烘焙，即成；焊条中药皮重量为焊芯重量的40-50%。上述药皮各成分中其主成分的含量)大理石中CaCO3彡96%，萤石中 CaF2彡96%，碳酸钡中BaCO3彡98. 5 %，金红石中TiR彡96%，氟化物中F. 45-53%, Al. 15-20%,K. 25-30%，铌铁中:Nb 彡 50%,Si ( 2. 5%,Al ( 2. 0%,Fe0. 20-30%，金属钨粉中W > 99%。而所述加入总成份重10-20%的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃、或钾钠水玻璃，其浓度为41° -43°。所述低温烘焙的温度为80-120°C;高温烘焙的温度为350-400°C。本发明药皮原料中各成分的主要作用如下大理石属于造渣、造气材料，在电弧热的作用下分解成CaO和(X)2能够提高熔渣的碱度，稳定电弧、细化熔滴，增大熔渣与金属界面张力，改善脱渣，并有较好的脱硫能力。萤石一定量的萤石可以降低液态金属的表面张力，提高熔渣的流动性，降低焊缝气孔，改善熔渣的物理性能，对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中氢扩散的主要材料；但因焊接过程中萤石分解，产生有害气体-氟化氢、会造成电弧不稳定，因此需严格控制其用量。金红石金红石的作用主要是稳弧、造渣，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅；在本发明中加入焊芯重8. 0-8. 5%金红石，对焊缝成形、 电弧稳定性起关键作用。碳酸钡建渣、造气的材料，能够调整熔渣物理性能改善脱渣性的作用。氟化物主要作用是造渣，改善焊条的工艺性能，对降低熔敷金属氢含量也是有益的；氟化物的含量超过8%时，就会恶化电弧的稳定性，为降低焊条焊接过程中的发尘量和毒性，因而在本发明中氟化物的加入量限制在焊芯重的4. 0-5. 0%。铌铁铌铁的加入除主要向熔敷金属过渡Nb元素外，铌铁中的FeO对焊条工艺性能也有促进作用。电解锰可起到脱硫、脱氧的作用，还可以向焊缝过渡(渗入)锰元素、提高焊缝强度。纯碱可改善焊条的压涂性能、同时也有稳弧作用，但加入量过多则导致药皮容易吸潮。本发明即通过上述药皮成分的有机组配并与镍铬钼焊芯配合、从而实现了本发明的目的。因而本发明具有焊接时电弧稳定、基本无飞溅、脱渣好、焊缝成型美观、全位置焊接性能优良；尤其是在-196°C条件下使用仍具有良好的综合性能。采用本发明焊条对 9Ν 钢大型低温储罐焊接、其焊缝(熔敷金属)力学性能RPq.2 :405MPa, Rm :670MPa, A5 50%，-196°C平均冲击值为120J，完全满足9Ni钢大型低温储罐等的焊接要求、并可充分发挥母材的优良性能、大幅度提高大型低温储罐的使用性能及寿命等特点。
具体实施例方式实施例1本实施例焊芯成分为(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%、余量为杂质；就IOOkg焊芯为例，药皮中各成分重量如下含CaC0397 . 50%的大理石 9. 5kg,含 CaF296. 70 % 的萤石 7. 5kg,含 BaC0398 . 8 % 的碳酸钡 8. 5kg,含 Ti0297 . 6 % 的金红石 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 %的铌铁0. 7kg，含W 99. 2 %的金属钨粉1. 2kg，纯碱(工业纯) 0. 85kg，电解锰1. 3kg ；将上述粉料拌混合均勻后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃6. 7kg混合均勻，然后送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经100°c低温烘焙2小时、380°C高温烘焙 1小时，即成。本实施例所得焊条(采用直流反接焊接)进行9M钢焊接实验，电弧稳定、基本无飞溅，脱渣性良好，全位置焊接性能优良，焊缝成型美观，焊道高度适中；其熔敷金属成分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%、余量为 Ni 及不可避免的杂质。实施例2本实施例焊芯成分与实施例1相同；仍就IOOkg焊芯为例，药皮中各成分重量如下含 CaC0397 . 50 % 的大理石 10. Okg,含 CaF296. 70 % 的萤石 7. Okg,含 BaC0398 . 8 % 的碳酸钡 9. 5kg，含 Ti&97. 6% 的金红石 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%的铌铁 0. 7kg，含 W 99. 2%的金属钨粉1. 3kg，纯碱(工业纯)0. 90kg,电解锰1. Okg ；其余亦与实施例1相同。本实施例所得焊条进行9Ni钢焊接实验，其熔敷金属成分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%、余量为Ni.及不可避免的杂质。实施例3本实施例焊芯成分与实施例1相同；仍就IOOkg焊芯为例，药皮中各成分重量如下含 CaC0397 . 50 % 的大理石 9. 80kg,含 CaF296. 70 % 的萤石 8. Okg,含 BaC0398 . 8 % 的碳酸钡 9. Okg,含 Ti&97. 6% 的金红石 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%的铌铁 0. 8kg，含 W 99. 2%的金属钨粉1. 4kg，纯碱(工业纯)0. 80kg，电解锰1. 3kg ；其余亦与实施例1相同。本实施例所得焊条进行9Ni钢焊接实验，其熔敷金属成分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%、余量为Ni.及不可避免的杂质。上述实施例1、2、3焊接实验，三组熔敷金属力学性能的平均值分别为RP。.2: 405MPa, Rm :670Mpa，A5 50%, _196°C平均冲击值为 120J。
权利要求
1.一种与9Ni钢配套用镍基电焊条，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的药皮，其特征在于焊芯成份以重量百分比计为: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%、余量为杂质，以上焊芯中各成分的总量为100wt% ；药皮以焊芯的重量百分比计、其成分为大理石.9. 0-10. 5、萤石.7. 0-8. 5、碳酸钡.8. 0-9. 5、金红石.8. 0-8. 5、氟化物· 4. 0-5. 0、铌铁粉· 0. 6-1. 0、金属钨粉· 1. 2-1. 5、纯碱0. 7-1. 0、电解锰1. 0-1. 5，将各成分的粉料按比例混合均勻后、加入总成分重10-20%的粘结剂搅拌混合均勻；然后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上、再经低温及高温烘焙，即成；焊条中药皮重量为焊芯重量的40-50%。
2.按权利要求1所述与9M钢配套用镍基电焊条，其特征在于所述药皮中各成分的主成分含量大理石中CaCO3彡96wt%，萤石中CaF2含量彡96wt%，碳酸钡中 BaCO3 彡 98. 5wt %，金红石中 11 彡 96wt %,氟化物中F. 45-53wt Al. 15-20wtK. 25-30wt%，铌铁中Nb 彡 50wt%,Si 彡 2. 5wt%,Al 彡 2. 0wt%,Fe0. 20_30wt%，金属钨粉中W彡99wt%。
3.按权利要求1所述与9M钢配套用镍基电焊条，其特征在于所述加入总成份重 10-20%的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃、或钾钠水玻璃，其浓度为41° -43°。
4.按权利要求1所述与9M钢配套用镍基电焊条，其特征在于所述低温烘焙的温度为 80-120°C ；高温烘焙的温度为350-400°C。
全文摘要
该发明属于9Ni钢配套用镍基电焊条。焊芯成分为(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％、余量为杂质；药皮以焊芯的重量百分比计其成分为大理石.9.0-10.5、萤石.7.0-8.5、碳酸钡.8.0-9.5、金红石.8.0-8.5、氟化物.4.0-5.0、铌铁粉.0.6-1.0、金属钨粉.1.2-1.5、纯碱.0.7-1.0、电解锰.1.0-1.5，粘结剂为粉料总重量10-20％，经混合、裹覆于焊芯上及低、高温烘焙。该发明具有焊接时电弧稳定、基本无飞溅、脱渣好、焊缝成型美观、全位置焊接性能优良；在-196℃条件下使用仍具有良好的综合性能。
文档编号B23K35/365GK102500951SQ20111032819
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者张克静, 陈维富, 黄义芳 申请人:四川大西洋焊接材料股份有限公司