LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条及其制备方法技术

LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条及其制备方法，该焊条包括镍基焊芯及包覆在焊芯表面的药皮，组成镍基焊芯的化学成分及百分比含量为：C：≤0.10%，Si：≤0.10%，Mn：≤0.10%，Cu：≤0.10%，Mg：≤0.10%，S≤0.005%，Fe：≤0.40%，Ni+Co：≥99.5%，各成分总量为100%；本发明专利技术焊条工艺性良好，生产过程中可以顺利压涂，焊条药皮强度和表面质量较好，焊条偏芯可控；熔敷金属化学成分满足标准，焊缝金属无气孔和裂纹，具有较好的常温拉伸和低温韧性，力学性能良好，可广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条及其制备方法
本专利技术涉及焊接材料领域，具体涉及一种LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条及其制备方法。
技术介绍
随着我国经济的迅速发展，液化天然气（LNG）用量每年以10%的速度增长，预计在不久的将来，天然气将成为我国在煤和石油之后的第三大能源。储存和运输LNG所用低温9Ni钢已成为钢铁行业生产的又一个焦点。从2008年开始，在国家发改委等部门支持下，鞍钢、南钢及太钢等国内钢铁企业陆续成功研发出国产低温9Ni钢，打破了9Ni钢长期进口现象，加速了我国LNG工业的发展。预计到2020年，中国LNG进口量将达到4400万吨，甚至更多。近年来，国内LNG技术发展较快，9Ni钢取代Ni-Cr不锈钢已成为建造LNG低温储罐的主要材料，已基本实现了国产化并且技术日益成熟，LNG储罐已实现自主设计和建造，但与9Ni钢配套的焊材还需长期依赖国外进口，从设计院到承建方一致要求加快9Ni钢配套焊材的国产化进度。9Ni钢配套焊材的国产化，不仅能降低LNG工程造价，缩短采购周期，提高施工效率，更重要的是推动LNG储罐技术和整个行业的全面国产化。国内开展9Ni钢配套焊材研制研究，主要集中在ENiCrMo-6焊条的研制，但都存在不同程度的缺点，在实际工程上应用很少。为了顺应国内9Ni钢国产化的趋势和满足LNG储罐市场对焊材迫切需求，同时打破国外技术和市场封锁，研发出一种工艺性良好和低温塑性、韧性兼备的LNG结构及船用焊条显得非常必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条及其制备方法，制备的焊条焊缝成形良好，能较好地适应LNG结构及船用建造现场的使用工况。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条，该焊条包括镍基焊芯及包覆在焊芯表面的药皮，组成镍基焊芯的化学成分及百分比含量为：C：≤0.10%，Si：≤0.10%，Mn：≤0.10%，Cu：≤0.10%，Mg：≤0.10%，S≤0.005%，Fe：≤0.40%，Ni+Co：≥99.5%，各成分总量为100%。优选的，药皮中原料的成分及其重量百分比含量依次为：CaCO3：18~20%，CaF2：10~12%，TiO2：4~6%，Al2O3：4~6%，锆英砂：1~2%，CMC：0.5~1%，K2CO3：0.5~1%，Cr：28~30%，Mo：8~11%，Mn：5~7%，硅铁：4~6%，钼铁：3~5%，铌铁：2~3%，各成分总量为100%；其中，药皮中还添加有粘结剂，粘结剂的添加量为药皮中原料总重量的20~25%。其中，所述的粘结剂采用纯钾水玻璃，其化学成分为：K2O≥12，SiO2≥25，S≤0.005，P≤0.005。本专利技术中，CaCO3以大理石的形式，CaF2以萤石的形式，TiO2以金红石形式加入，Al2O3以α-Al2O3的形式。LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照以下元素组分及百分比含量进行配料：C：≤0.10%，Si：≤0.10%，Mn：≤0.10%，Cu：≤0.10%，Mg：≤0.10%，S≤0.005%，Fe：≤0.40%，Ni+Co：≥99.5%，将所有组分熔炼后，进行锻造、轧制、拉拔、切丝，制得镍基焊芯，备用；步骤二、按照以下组分及百分比含量为目标配比：CaCO3：18~20%，CaF2：10~12%，TiO2：4~6%，Al2O3：4~6%，ZrSiO4：1~2%，CMC：0.5~1%，K2CO3：0.5~1%，Cr：28~30%，Mo：8~11%，Mn：5~7%，硅铁：4~6%，钼铁：3~5%，铌铁：2~3%，计算所要加入的大理石、萤石、金红石、α-Al2O3、锆英砂、羧甲基纤维素、碳酸钾、金属铬粉、金属钼粉、金属锰、硅铁、钼铁、铌铁的量，并按照计算结果称取各物料；混合搅拌干混均匀后，先加入物料总重量的2.5%的水，预湿混2~3min后，再加入重量占物料总重量20~25%的粘结剂进行湿混，打团后送入压涂机内将其裹覆于镍基焊芯上，经过烘焙后即制成镍基焊条。本专利技术中，萤石、金红石和α-Al2O3作为造渣剂，萤石能够在焊接冶金反应中生成HF，降低焊缝中的含氢量；CaF2能够降低熔渣表面张力，让熔渣变稀，粘度降低，提高渣的流动性。此外，萤石还具有脱硫的作用；金红石能够改善渣系的碱度，TiO2能使渣系由短变长，从而抑制立焊时的“淌渣”现象；Al2O3熔点高、氧化性低，能够改变焊条的熔点、粘度和流动性。本专利技术中，大理石既做为造渣剂又做为造气剂，CaO能提高渣系的碱度，增加了冶金去硫能力，降低了硅的渗入，有利于渣的理化性质的改善；生成CO2可以降低氢分压，大幅降低焊缝金属中的含氢量，减弱焊后产生冷裂纹的倾向。同时，本专利技术的碱性药皮在使用时能够发生化学反应，分解出CO2气体等在电弧区形成保护气氛的气体，保护了焊条端部和处于高温的焊缝，防止焊缝产生气孔。本专利技术中，锆英砂能够降低熔渣整体热膨胀系数，改善脱渣性；CMC是主要的成形剂，使焊条药皮具有一定的塑性、弹性以及流动性，便于焊条的压制，使焊条表面光滑而不开裂；碳酸钾能够稳弧，改善压涂性。本专利技术中，金属铬、金属钼、金属锰复配，能够向焊缝金属中过渡合金元素，保证必要的化学成分，参与脱氧，提高焊缝的强度；而合金粉硅铁和钼铁、铌铁，合金的加入可以补偿焊接过程有益元素的烧损，保证焊缝金属的合理的化学成分、抗高温氧化及耐腐蚀性能。其中，元素钼不易氧化，可后续加入到废钢熔化的钢液中，减少氧化烧损；硅铁可作为脱氧剂，同时能够细化晶粒。本专利技术采用纯钾水玻璃作为粘结剂，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，因此，本专利技术采用模数3.0，波美度40~44°Be´（20℃）的纯钾水玻璃。有益效果：1、本专利技术采用了CaO-CaF2-SiO2碱性渣系，配合金红石、少量锆英砂和有机物，金属粉、部分合金粉及纯钾水玻璃制成焊条，具有良好的焊接工艺性，焊接时电弧稳定，抗磁偏吹能力强，操作方便；焊缝成型好，焊道平整，覆盖全面，脱渣容易；熔池清晰度良好，焊接过程中飞溅小，发尘量少；焊条能适应较宽焊接电流范围，与合金焊芯技术路线相比，焊芯熔炼成本大幅降低，焊接过程中药皮不发红，套筒保护效果好，焊条利用率高，能较好地适应LNG结构及船用建造现场的使用工况。焊缝金属无气孔和裂纹等其他缺陷，以达到使熔敷金属在-196℃下具有较好的低温冲击韧性、较高的抗拉强度和屈服强度的效果。2、本专利技术焊条工艺性良好，生产过程中可以顺利压涂，焊条药皮强度和表面质量较好，焊条偏芯可控；熔敷金属化学成分满足标准，焊缝金属无气孔和裂纹，具有较好的常温拉伸和低温韧性，力学性能良好，可广泛应用。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条，该焊条包括镍基焊芯及包覆在焊芯表面的药皮，组成镍基焊芯的化学成分及百分比含量为：C：≤0.10%，Si：≤0.10%，Mn：≤0.10%，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条，该焊条包括镍基焊芯及包覆在焊芯表面的药皮，其特征在于：组成镍基焊芯的化学成分及百分比含量为：C：≤0.10%，Si：≤0.10%，Mn：≤0.10%，Cu：≤0.10%，Mg：≤0.10%，S≤0.005%，Fe：≤0.40%，Ni+Co：≥99.5%，各成分总量为100%。

【技术特征摘要】
1.LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条，该焊条包括镍基焊芯及包覆在焊芯表面的药皮，其特征在于：组成镍基焊芯的化学成分及百分比含量为：C：≤0.10%，Si：≤0.10%，Mn：≤0.10%，Cu：≤0.10%，Mg：≤0.10%，S≤0.005%，Fe：≤0.40%，Ni+Co：≥99.5%，各成分总量为100%。2.如权利要求1所述的LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条，其特征在于：药皮中原料的成分及其重量百分比含量依次为：CaCO3：18~20%，CaF2：10~12%，TiO2：4~6%，Al2O3：4~6%，ZrSiO4：1~2%，CMC：0.5~1%，K2CO3：0.5~1%，Cr：28~30%，Mo：8~11%，Mn：5~7%，硅铁：4~6%，钼铁：3~5%，铌铁：2~3%，各成分总量为100%；其中，药皮中还添加有粘结剂，粘结剂的添加量为药皮中原料总重量的20~25%。3.如权利要求1所述的LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条，其特征在于：所述的粘结剂采用模数3.0，波美度40~44°Be´的纯钾水玻璃，其化学成分为：K2O≥12，SiO2≥25，S≤0.005，P≤0.005。4.如权利要求1所述的LNG结构及船用9Ni钢焊接的镍基焊条，其特征在于：CaCO3以大理...

【专利技术属性】
技术研发人员：方子春，王青云，刘宏，宋聚海，王志银，朱官朋，
申请(专利权)人：洛阳双瑞特种合金材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41