一種9Ni低溫鋼埋弧焊接用焊絲和焊劑及其應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種9Ni低溫鋼埋弧焊接用焊絲和焊劑及其應(yīng)用，以重量百分比計(jì)焊絲化學(xué)成分組成為：C≤0.04%，Si≤0.10%，Mn≤0.10%，Mo?15～25%，W?2.0～6.0%，Al?0.10～0.50%，余量為Ni及不可避免雜質(zhì)；以重量百分比計(jì)焊劑組成為：Ti2O3?5～20%，MgO?15～35%，CaF2?15～35%，Al2O3?15～25%，以及余量Na2O，堿度在2.2～4.2。采用上述焊絲和焊劑，可得到綜合性能優(yōu)良的埋弧焊縫金屬，該焊縫金屬屈服強(qiáng)度≥516MPa，抗拉強(qiáng)度≥725MPa，-196℃沖擊功≥90J，-196℃時(shí)的CTOD位移值≥0.58mm。本發(fā)明埋弧焊絲和焊劑可為我國(guó)LNG低溫儲(chǔ)罐的焊接裝配提供解決方案。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種9Ni低溫鋼埋弧焊接用焊絲和焊劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫鋼用埋弧焊絲和焊劑，特別涉及一種9Ni低溫鋼用埋弧焊絲和焊劑，屬低溫鋼配套焊接材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對(duì)液化天然氣(LNG)需求的增加，9Ni鋼作為其儲(chǔ)罐用鋼已被普遍接受，且儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)不斷向大型化方向發(fā)展。9Ni低溫鋼的焊接是LNG低溫儲(chǔ)罐建造的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)之一。
[0003]埋弧焊接方法由于自動(dòng)化程度高、焊接質(zhì)量可控，以及焊接效率高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于LNG儲(chǔ)罐的水平縱向焊縫焊接。目前廣泛采用的埋弧焊絲牌號(hào)主要為AWSA5.14ERNiCrMo-3, ERNiCrMo-4和ERNiCrMo_9等，其含鎳量在65-75%之間，另外為兼顧焊縫金屬的強(qiáng)度和低溫韌性，還會(huì)加入適量的Mo，Cr，Nb或者W等。但是現(xiàn)有的埋弧焊絲和焊劑均針對(duì)水平焊縫設(shè)計(jì)，不能用于垂直焊縫焊接，一方面焊縫成形不好，導(dǎo)致焊接接頭質(zhì)量不過(guò)關(guān)；另一方面焊縫金屬的強(qiáng)度和低溫韌性也很難滿足實(shí)際需求。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種能夠同時(shí)滿足水平和垂直方向埋弧焊接的焊絲和焊劑組合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可同時(shí)兼顧水平和垂直方向埋弧焊接的9Ni低溫鋼用埋弧焊絲和焊劑；采用該組合可得到無(wú)缺陷的埋弧焊接接頭，制得的焊縫金屬抗拉強(qiáng)度≥725MPa，屈服強(qiáng)度≥516MPa，-196°C沖擊功≥90J, -196°C時(shí)的CTOD 位移≥ 0.58mm。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0006]一種9Ni低溫鋼埋弧焊接用焊絲和焊劑，以重量百分比計(jì)焊絲的化學(xué)成分組成為:C ≤ 0.04%, Si ≤0.10%, Mn ≤ 0.10%, Mo 15 ~25%，W2.0 ~6.0%，A10.10 ~0.50%，余量為Ni及不可避免雜質(zhì)；以重量百分比計(jì)焊劑組成為:Ti025~20%，Mg015~35%，CaF215~35%, Al20315~25%,以及余量Na2O，堿度在2.2~4.2之間。
[0007]優(yōu)選地，所述焊劑的堿度在2.2~3.6之間。
[0008]采用上述焊絲焊劑進(jìn)行埋弧焊接時(shí)，其焊接接頭的焊縫金屬屈服強(qiáng)度≥ 516MPa，抗拉強(qiáng)度≥725MPa ;_196°C沖擊功≥90J, -196°C時(shí)的CTOD位移值≥0.58_。
[0009]該9Ni低溫鋼埋弧焊接用焊絲和焊劑在用于9Ni低溫鋼埋弧焊接中時(shí)，采用焊接電流180~420A，電壓24~38V和焊接速度20~40cm/min。
[0010]本發(fā)明焊絲中的各元素的作用和含量限定的理由詳述如下:
[0011]C:高的C含量對(duì)鐵基材料的低溫沖擊韌性和焊接性能不利；此外依據(jù)Ni基合金的熱裂紋敏感性計(jì)算公式(即BTR數(shù)值)可知，降低C可有效降低焊縫金屬的熱裂紋敏感性。綜合考慮，本發(fā)明C含量控制為< 0.04%。
[0012]S1:會(huì)增加焊縫金屬的熱裂紋傾向、并對(duì)焊縫金屬的低溫沖擊韌性造成不利影響，因此控制其含量< 0.10%。
[0013]Mn:為提高焊縫金屬的低溫韌性，尤其是CTOD性能，因此控制焊絲中的Mn含量
(0.10%O
[0014]Mo:是能夠同時(shí)提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度和低溫沖擊韌性的主要元素中的主要元素之一，由于焊縫金屬中的Si和Mn含量較低，因此從強(qiáng)度角度考慮，其含量控制為15~25%。
[0015]W:是提高焊縫金屬高溫強(qiáng)度的有效元素，一方面可以提高焊接金屬的強(qiáng)度；另一方面也可以提高焊縫金屬在熔融狀態(tài)時(shí)的高溫流動(dòng)性，從而改善焊接工藝性能。含量為
2.0 ~6.0%。
[0016]Al:是擴(kuò)大鐵素體區(qū)的有效元素，加入少量可改善焊縫金屬在凝固過(guò)程中的組織演變、細(xì)化微觀組織，從而提高焊縫金屬的強(qiáng)度。其含量為0.10~0.50% ；
[0017]本發(fā)明焊劑中的各元素的作用和含量限定的理由詳述如下:
[0018]TiO2的加入是考慮到在焊接過(guò)程中，會(huì)向焊縫金屬中過(guò)渡部分Ti，從而加強(qiáng)脫氧、并增強(qiáng)焊縫金屬的強(qiáng)度，其含量以5~20%為宜；
[0019]MgO和CaF2主要是用于焊縫金屬的強(qiáng)脫氧；其含量分別控制在15~35%和15~35%區(qū)間，主要是用于確保焊縫中的氧含量處于較低水平(比如≤0.02%),從而確保焊縫的低溫韌性；
[0020]Al2O3的加入是基于脫氧反應(yīng)的平衡，達(dá)到平衡焊劑堿度的目的，以改善焊接工藝性能和焊縫成形。依據(jù)焊劑堿度公式:BI=[CaF2+Ca0+Mg0+Ba0+Sr0+Na20+K20+Li20+(X 5(Mn0+FeO) ] /Si02+0.5 (Al203+Ti203+Zr02)計(jì)算本焊劑的堿度。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少在于:
[0022]1、提供了一種埋弧焊絲和焊劑組合，利用其制得的焊接接頭綜合性能優(yōu)良，其焊縫金屬的屈服強(qiáng)度≥516MPa，抗拉強(qiáng)度≥725MPa，_196°C沖擊功≥90J, _196°C時(shí)的CTOD位移值≥0.58mm，且全焊縫的延伸率≥44% ；
[0023]2、焊接過(guò)程穩(wěn)定、焊縫成形好、易脫渣；此外由于是搭配高堿度焊劑，還可以用于垂直方向的埋弧焊焊接，克服了常規(guī)焊絲焊劑只能用于水平對(duì)接焊接的缺點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0025]焊接試板采用25mm厚度9Ni鋼板，其化學(xué)成分(重量百分比)包括:0.05C，0.34Si，0.55Μη，0.0035P，0.0025S，9.24Ni，余量為 Fe 及雜質(zhì)。采用 X 型 60° 坡口，坡口間隙為 2mm，鈍邊為4mm。
[0026]實(shí)施例1:選用焊絲焊劑組合S1#，焊絲成分為C0.02%, Si0.05%, Mn0.08%, Mo22%,W2.5%，A10.12%，余量為 Ni 及不可避免雜質(zhì)；焊劑組成:Ti20315%，Mg027%, CaF228%，Al20316%,以及余量Na2O,堿度為4.0 ;選用焊接電流180A，焊接電壓27V，焊接速度23cm/min，層間溫度(100°c，進(jìn)行垂直方向埋弧焊接；
[0027]實(shí)施例2:選用焊絲焊劑組合S2#，焊絲成分為；C0.03%, Si0.08%, Mn0.05%, Mo 18%,W3%, A10.14%，余量為 Ni 及不可避免雜質(zhì)；焊劑組成:Ti20312%，Mg024%, CaF222%，Al20320%,余量為Na2O,堿度為3.1 ;選用焊接電流280A，焊接電壓34V，焊接速度34cm/min，層間溫度(100°c，進(jìn)行水平方向埋弧焊接；[0028]實(shí)施例3:選用焊絲焊劑組合S3#，焊絲成分為；C0.015%, Si0.07%, Mn0.06%,Mo 16%, W5.5%, A10.18%，余量為 Ni 及不可避免雜質(zhì)；焊劑組成:Ti20315%，Mg018%, CaF222%,Al20324%，余量為Na2O,堿度為2.5 ;選用焊接電流420A，焊接電壓37V，焊接速度40cm/min，層間溫度< 100°C，進(jìn)行水平方向埋弧焊接；
[0029]焊后采用X射線和超聲波對(duì)焊接接頭進(jìn)行探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷。對(duì)上述焊接接頭的焊縫金屬拉伸性能和低溫韌性進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果分別見(jiàn)表1和2。
[0030]表1實(shí)施例焊縫金屬的拉伸性能
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種9Ni低溫鋼埋弧焊接用焊絲和焊劑，其特征在于，所述焊絲以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分組成如下:c ≤0.04%, Si ≤0.10%, Mn ≤0.10%, Mol5 ~25%，W2.0 ~6.0%, A10.10 ~0.50%，余量為Ni及不可避免雜質(zhì)；所述焊劑以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分組成為:Ti2035~20%, Mg015 ~35%, CaF215 ~35%, Al20315 ~25%,以及余量 Na2O，堿度在 2.2 ~4.2 之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種9Ni低溫鋼埋弧焊接用焊絲和焊劑，其特征在于:所述焊劑的堿度在2.2~3.6之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種9Ni低溫鋼埋弧焊接用焊絲和焊劑在9Ni低溫鋼埋弧焊接中的應(yīng)用，采用上述焊絲和焊劑進(jìn)行埋弧焊接時(shí)，其焊接接頭的焊縫金屬屈服強(qiáng)度≥516MPa，抗拉強(qiáng)度≥725MPa, -196°C沖擊功≥90J, -196°C時(shí)的CTOD位移值≥0.58mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種9Ni低溫鋼埋弧焊接用焊絲和焊劑在9Ni低溫鋼埋弧焊接中的應(yīng)用，采用焊接電流180~420A，電壓24~38V和焊接速度20~40cm/min的條件。
【文檔編號(hào)】B23K35/30GK103464930SQ201310432774
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】張盤(pán) 申請(qǐng)人:張盤(pán)