[发明专利]一种超低温钢用镍基焊条及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料领域，具体为一种超低温钢用镍基焊条及其制备方法。

背景技术

伴随着国内外9Ni钢的广泛运用，以及LNG储罐工程的迅猛增加，超低温钢用焊接材料的需求量也迅速增大，致使LNG超低温储罐工程造价不断提高。因而，实现LNG超低温储罐内罐材料的国产化具有重大的、深远的战略意义。而超低温概念在世界范围内没有统一标准,但目前通常将各种液化石油气、液氮、液氧等生产、存储容器和输送管道以及在寒冷地区服役的设备称为低温装备，制造这些装备的钢称为低温钢。而当设计的使用温度低于-70℃后,就必须选用国外的低温钢材料。这些材料中，尤其是镍含量为9％的钢(美国ASTM标准为SA353,以下简称9Ni钢)的使用温度最低,可以低于-196℃以下。但是，目前我国还没有这种超低温钢用焊接材料投入市场，也没有相关文献对此种焊接材料进行研究描述，国外也多用ENiCrMo-4或ENiCrMo-6焊条使用于超低温环境下的储罐设备。

发明内容

本发明的目的是针对以上技术问题，提供一种满足AWS A5.11ENiCrFe-9要求的超低温钢用镍基焊条，采用该焊条焊接的9Ni钢及LNG储罐在超低温下仍然具有良好的工艺性能及机械性能，也可用于一些难焊合金，异种钢的焊接。

本发明的另外一个目的是提供具有以上性能的一种超低温钢用镍基焊条的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的具体技术方案为：

一种超低温钢用镍基焊条，该焊条包括焊芯、药粉和粘结剂，其中，药粉与焊条质量比为25-27：100，药粉与粘结剂质量比为100：25-30。

焊芯成分质量百分比为以药粉占焊条的质量百分比计，药粉中各原料及质量百分比如下：

大理石7-10％、氟化钠0.4-0.55％、纯碱0.3-0.4％、铌铁0.5-0.7％、钼铁1.3-1.5％、金红石2.5-2.8％、石英2.0-3.5％、萤石6-8％、金属铬1.2-1.4％、CMC 0.4-0.7％、碳酸钾0.8-1.8％。粘结剂为20℃条件下41-43Be’的硅酸钾与硅酸钠的质量比为3:1的水玻璃，模数为3.1M。

作为优选，以药粉占焊条的质量百分比计，药粉中组份原料及质量百分比如下：

大理石7.5％、氟化钠0.47％、纯碱0.33％、铌铁0.6％、钼铁1.4％、金红石2.65％、石英2.8％、萤石7％、金属铬1.3％、CMC0.5％、碳酸钾1.4％。

一种超低温钢用镍基焊条的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将药皮各成分的粉料按比例混合均匀；

步骤二、加入药粉总成分质量25-30％的粘结剂搅拌混合均匀(进行不小于30min的搅拌)，送入焊条涂压机内按14-16MPa的压力将其裹覆于焊芯上；

步骤三、再经低温80-90℃烘焙1.5-2小时、高温300℃烘焙1-2小时烘焙烘焙，即成。

采用本发明制备得到的焊条，其常温熔敷金属的抗拉强度≥650Mpa、屈服强度≥400Mpa、延伸率≥25％、-196℃冲击达到47J。

本发明药粉中各成分的主要作用如下：

大理石：焊条中使用大理石，在电弧热的作用下分解成CaO和CO₂是焊条制造中及常用的建渣造气材料，提高熔渣碱度，提高熔敷金属纯净度，降低夹杂物量，稳定电弧增大熔渣与金属界面张力和表面张力，改善脱渣。

萤石：调整熔渣的熔点和粘度，增加溶渣的流动性，改善熔渣的物理性能对焊缝成型、脱渣等起关键作用，也是降低焊缝中扩散氢的主要材料，但因氟的存在，会造成电弧不稳定，并产生有毒气体，应该合理控制比例。

石英：主要作用是造渣，可降低熔渣碱度，并向焊缝渗硅，因而可提高电弧电压，细化熔滴。

金红石：造渣、稳弧，调整熔渣的熔点、粘度、表面张力及流动性，改善焊缝成型，减少飞溅。

钼铁：钼能显著提高焊缝金属的强度，有细化晶粒的作用，适当的钼铁加入量可提高焊缝的强度、硬度及热稳定性；但过高则会影响焊缝金属韧性。

铌铁：加入铌铁能提高强度塑性以及耐蚀性，但铌与硅易生产Nb4Si,是一种低熔点化合物，因此应适当控制硅的含量。

碳酸钾：主要起稳弧作用，但往往会使药皮吸潮而泛黄，固需要合理使用。

纯碱、CMC：加入纯碱和CMC是为了改善焊条的压涂性能。