CN111347191A - 一种lng储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条 - Google Patents

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Abstract

一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，它涉及焊接材料技术领域。它包含焊芯和药皮，所述焊芯由以下重量份数的原料组成：碳≤0.03份，铬19.50‑20.50份，镍9.60‑10.50份，钼≤0.50份，锰1.50‑2.50份，硅≤0.30份，磷≤0.020份，硫≤0.020份，氮≤0.015份，铜≤0.10份，铁余量；所述药皮由以下重量份数的原料组成：大理石16‑20份，白云石2‑4份，冰晶石3‑4份，萤石2‑4份，金红石35‑45份，钛酸钾钠1‑2份，云母6‑9份，长石粉2‑4份，微碳铬铁17‑21份，电解锰4‑6份，四氧化三铁3‑4份，羧甲基纤维素0.5‑1份，所述药皮组分混合后加入药粉总重18‑21％的钾钠水玻璃，搅拌均匀，压涂在焊芯上，挤成不锈钢焊条。它具有良好的低温冲击韧性及抗热裂性，焊条全位置焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、脱渣容易、焊缝成型美观。

Description

一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条。
背景技术
不锈钢焊条是指涂有以不锈钢为原料的一类焊条。可分为铬不锈钢焊条和铬镍不锈钢焊条，广泛应用于化工、化肥、石油、医疗机械制造等行业。
在LNG设施的建造和安装中，不可避免地要涉及大量的管道***，特别是在超低温下服役的304L类不锈钢管道***的焊接。对LNG设备焊接接头的韧性要求通常以夏比冲击试样的侧面膨胀量为标准，用于LNG加工处理的管道***的ASME规范(ASME B31.3标准)要求-196℃冲击值≥31J、侧面膨胀量必须＞0.38mm。通过大量的实验如果采用普通的钛钙型、低氢型不锈钢焊条焊接，-196℃的焊缝金属的低温冲击值仅能达到20-30J之间，侧面膨胀量＜0.38mm，因此，有必要研究具有理想的低温冲击韧性的奥氏体不锈钢焊缝金属。目前采用的方法减少铁素体含量甚至做到全奥氏体组织，来满足低温冲击要求。过度降低焊缝铁素体含量，势必影响焊缝的抗热烈性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，它具有良好的低温冲击韧性及抗热裂性，焊条全位置焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、脱渣容易、焊缝成型美观。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：它包含焊芯和药皮，药皮涂敷于焊芯的外壁，所述焊芯由以下重量份数的原料组成：碳≤0.03份，铬19.50-20.50份，镍9.60-10.50份，钼≤0.50份，锰1.50-2.50份，硅≤0.30份，磷≤0.020份，硫≤0.020份，氮≤0.015份，铜≤0.10份，铁余量；所述药皮由以下重量份数的原料组成：大理石16-20份，白云石2-4份，冰晶石3-4份，萤石2-4份，金红石35-45份，钛酸钾钠1-2份，云母6-9份，长石粉2-4份，微碳铬铁17-21份，电解锰4-6份，四氧化三铁3-4份，羧甲基纤维素0.5-1份，所述药皮的组分混合后加入药粉总重18-21％的钾钠水玻璃，搅拌均匀，压涂在焊芯上，挤成不锈钢焊条。
进一步的，所述药皮占焊芯的重量百分比为37-45％。
进一步的，所述不锈钢焊条直径为6.7-6.8mm。
进一步的，所述大理石为含98％碳酸钙的大理石，所述白云石为含55％碳酸钙及44％碳酸镁的白云石，所述冰晶石为含60％氟的冰晶石，所述萤石为含97.50％氟化钙的萤石，所述金红石为含97.50％二氧化钛的天然金红石，所述钛酸钾钠为含16.50％氧化钾+氧化钠的钛酸钾钠，所述云母为含43.20％二氧化硅及25.0％氧化铝的复合云母，所述长石粉为含64.30％二氧化硅、17.80％氧化铝、14.0％氧化钾+氧化钠的长石粉，所述微碳铬铁为含74.50％铬的微碳铬铁，所述电解锰为含99.70％锰的电解锰，所述四氧化三铁为含96.90％含量的四氧化三铁。
进一步的，所述药皮由以下重量数的原料组成：大理石18Kg，白云石3.5Kg，冰晶石4Kg，萤石1Kg，金红石40Kg，钛酸钾钠2Kg，云母6.4Kg，长石粉4Kg，微碳铬铁20.6Kg，电解锰5.4Kg，四氧化三铁3.5Kg，羧甲基纤维素0.8Kg。
进一步的，所述药皮由以下重量数的原料组成：大理石18Kg，白云石2.8Kg，冰晶石4Kg，萤石0.8Kg，金红石40Kg，钛酸钾钠2Kg，云母7.1Kg，长石粉4Kg，微碳铬铁21.0Kg，电解锰6.0Kg，四氧化三铁3.5Kg，羧甲基纤维素0.8Kg。
进一步的，所述钾钠水玻璃的模数为2.65，且浓度为44-45波美度。
进一步的，所述焊条熔敷金属由以下重量份数的原料组成：碳≤0.04份，硅≤0.90份，锰0.5-2.5份，磷≤0.03份，硫≤0.03份，铬≤19.00-21.00份，镍≤9.00-11.00份，钼≤0.75份，铜≤0.75份。
本发明的原理：不锈钢焊条中各种金属和非金属元素对性能的影响，碳、氮使焊条焊缝中铁素体降低。碳、氮在奥氏体不锈钢中使强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度，但在深冷环境下对冲击韧性的不利影响也比较显著。因此焊条设计考虑碳、氮含量越低越好。
硫、磷使焊缝性能的稳定性降低，硫降低奥氏体不锈钢的耐蚀性，这主要是形成的硫化锰易熔于酸性氯化物溶液，常成为腐蚀源导致耐点腐蚀和缝隙腐蚀性能显著降低，高硫含量与镍等形成低熔点物，易导致焊缝开裂；磷是不锈钢中的有害元素，磷对不锈钢的主要危害是恶化了钢的抗应力腐蚀裂纹敏感性和抗焊接腐蚀裂纹性，这与磷沿晶界偏聚有关。因此，控制硫、磷的含量是提高焊缝抗裂性能的一种方法。
锰主要作为脱氧剂和合金剂而加入焊条药皮中，它们在焊缝金属中以固溶的形式存在。适量的锰能提高熔敷金属的强度。
铬是奥氏体不锈钢主要的合金元素，它是铁素体形成元素。对提高熔敷金属抗拉强度的有利。
镍是奥氏体不锈钢主要的合金元素，使钢具有良好的塑韧性。
钼是强碳化物形成元素，常用以提高焊缝强度和改善韧性，具有明显地沉淀强化作用，因此在满足力学性能的前提下，将钼控制在标注要求的范围。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：本发明焊条焊接后熔敷金属：抗拉强度≥600MPa、延伸率≥35％、-196℃冲击功≥40J、侧面膨胀量＞0.38。有效的提高了焊缝整体性能，解决了焊缝金属深冷韧性不足的问题。焊条全位置焊接工艺性能良好，电弧稳定、飞溅小、脱渣容易、焊缝成型美观。
具体实施方式
本具体实施方式采用的技术方案是：
实施例1
取由以下重量份数的原料组成：碳0.015份，铬20.3份，镍10.05份，钼0.03份，锰1.98份，硅0.15份，磷0.011份，硫0.010份，氮0.010份，铜0.03份，铁余量的铬镍不锈钢焊芯；
取药皮，药皮中各成分重量如下：大理石18Kg，白云石3.5Kg，冰晶石4Kg，萤石1Kg，金红石40Kg，钛酸钾钠2Kg，云母6.4Kg，长石粉4Kg，微碳铬铁20.6Kg，电解锰5.4Kg，四氧化三铁3.5Kg，羧甲基纤维素0.8Kg；将上述粉料拌混均匀后，加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀，然后送入油压机内将其包于焊芯上，再经60℃低温烘烤3小时，120℃中温烘烤2小时，350℃高温烘烤2小时，既得LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条；
将所得的LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条进行对接板焊接试验，电弧稳定、飞溅较小，脱渣性好，焊缝成型美观。熔敷金属成分：铬19.87％、镍9.25％、碳0.021％、锰1.14％、硅0.59％、钼0.05％、铜0.02％、硫0.008％、磷0.019％，余量为不可避免的杂质；熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm＝632MPa、Rp0.2＝459Mpa、A＝38.4％，-196℃冲击KV2值分别为：51J、54J、50J，侧面膨胀量0.47mm；磁性法测得铁素体值(FN)为15.7。
实施例2
取由以下重量份数的原料组成：碳0.015份，铬20.3份，镍10.05份，钼0.03份，锰1.98份，硅0.15份，磷0.011份，硫0.010份，氮0.010份，铜0.03份，铁余量的铬镍不锈钢焊芯；
取药皮，药皮中各成分重量如下：大理石18Kg，白云石2.8Kg，冰晶石4Kg，萤石0.8Kg，金红石40Kg，钛酸钾钠2Kg，云母7.1Kg，长石粉4Kg，微碳铬铁21.0Kg，电解锰6.0Kg，四氧化三铁3.5Kg，羧甲基纤维素0.8Kg；将上述粉料拌混均匀后，加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀，然后送入油压机内将其包于焊芯上，再经60℃低温烘烤3小时，120℃中温烘烤2小时，350℃高温烘烤2小时，既得LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条；将所得的LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条进行对接板焊接试验，电弧稳定、飞溅较小，脱渣性好，焊缝成型美观。其熔敷金属成分：铬20.6％、镍9.26％、碳0.022％、锰1.25％、硅0.54％、钼0.04％、铜0.02％、硫0.007％、磷0.018％，余量为不可避免地杂质；熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm＝640MPa、Rp0.2＝473Mpa、A＝37.5％，-196℃冲击KV2值分别为：52J、55J、50J，侧面膨胀量0.48mm；磁性法测得铁素体值(FN)为16.3。
实施例3
取由以下重量份数的原料组成：碳0.015份，铬20.3份，镍10.05份，钼0.03份，锰1.98份，硅0.15份，磷0.011份，硫0.010份，氮0.010份，铜0.03份，铁余量的铬镍不锈钢焊芯；
所述药皮由以下重量数的原料组成：大理石18Kg，白云石3Kg，冰晶石4Kg，萤石1.2Kg，金红石40Kg，钛酸钾钠2Kg，云母6.8Kg，长石粉4Kg，微碳铬铁19.2Kg，电解锰5.3Kg，四氧化三铁3.5Kg，羧甲基纤维素0.8Kg；将上述粉料拌混均匀后，加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀，然后送入油压机内将其包于焊芯上，再经60℃低温烘烤3小时，120℃中温烘烤2小时，350℃高温烘烤2小时，既得LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条；将所得的LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条进行对接板焊接试验，电弧稳定、飞溅较小，脱渣性好，焊缝成型美观。其熔敷金属成分：铬19.56％、镍9.58％、碳0.021％、锰1.08％、硅0.53％、钼0.03％、铜0.01％、硫0.010％、磷0.018％，余量为不可避免地杂质；熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm＝587MPa、Rp0.2＝462Mpa、A＝39.5％，-196℃冲击KV2值分别为：22J、25J、25J，侧面膨胀量0.30mm；磁性法测得铁素体值(FN)为9.8。
实施例4
取由以下重量份数的原料组成：碳0.015份，铬20.3份，镍10.05份，钼0.03份，锰1.98份，硅0.15份，磷0.011份，硫0.010份，氮0.010份，铜0.03份，铁余量的铬镍不锈钢焊芯；
所述药皮由以下重量数的原料组成：大理石18Kg，白云石3Kg，冰晶石4Kg，萤石1.2Kg，金红石40Kg，钛酸钾钠2Kg，云母6.8Kg，长石粉4Kg，微碳铬铁18.3Kg，电解锰5.6Kg，四氧化三铁3.5Kg，羧甲基纤维素0.8Kg；将上述粉料拌混均匀后，加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀，然后送入油压机内将其包于焊芯上，再经60℃低温烘烤3小时，120℃中温烘烤2小时，350℃高温烘烤2小时，既得LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条；将所得的LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条进行对接板焊接试验，电弧稳定、飞溅较小，脱渣性好，焊缝成型美观。其熔敷金属成分：铬19.30％、镍9.58％、碳0.021％、锰1.20％、硅0.53％、钼0.03％、铜0.01％、硫0.010％、磷0.018％，余量为不可避免地杂质；熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm＝567MPa、Rp0.2＝452Mpa、A＝40.5％，-196℃冲击KV2值分别为：28J、25J、27J，侧面膨胀量0.34mm；磁性法测得铁素体值(FN)为7.8。
实施例5
取由以下重量份数的原料组成：碳0.015份，铬20.3份，镍10.05份，钼0.03份，锰1.98份，硅0.15份，磷0.011份，硫0.010份，氮0.010份，铜0.03份，铁余量的铬镍不锈钢焊芯；
所述药皮由以下重量数的原料组成：大理石18Kg，白云石3Kg，冰晶石4Kg，萤石1.2Kg，金红石40Kg，钛酸钾钠2Kg，云母6.8Kg，长石粉4Kg，微碳铬铁17.2Kg，电解锰5.6Kg，四氧化三铁3.5Kg，羧甲基纤维素0.8Kg；将上述粉料拌混均匀后，加入浓度为45Be°的钾钠水玻璃16Kg混合均匀，然后送入油压机内将其包于焊芯上，再经60℃低温烘烤3小时，120℃中温烘烤2小时，350℃高温烘烤2小时，既得LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条；将所得的LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条进行对接板焊接试验，电弧稳定、飞溅较小，脱渣性好，焊缝成型美观。其熔敷金属成分：铬18.20％％、镍9.62％、碳0.020％、锰1.18％、硅0.52％、钼0.03％、铜0.01％、硫0.010％、磷0.018％，余量为不可避免地杂质；熔敷金属在焊态常温下的力学性能：Rm＝528MPa、Rp0.2＝440Mpa、A＝43.5％，-196℃冲击KV2值分别为：31J、35J、33J，侧面膨胀量0.39mm；磁性法测得铁素体值(FN)为2.5。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，其特征在于：它包含焊芯和药皮，药皮涂敷于焊芯的外壁，所述焊芯由以下重量份数的原料组成：碳≤0.03份，铬19.50-20.50份，镍9.60-10.50份，钼≤0.50份，锰1.50-2.50份，硅≤0.30份，磷≤0.020份，硫≤0.020份，氮≤0.015份，铜≤0.10份，铁余量；所述药皮由以下重量份数的原料组成：大理石16-20份，白云石2-4份，冰晶石3-4份，萤石2-4份，金红石35-45份，钛酸钾钠1-2份，云母6-9份，长石粉2-4份，微碳铬铁17-21份，电解锰4-6份，四氧化三铁3-4份，羧甲基纤维素0.5-1份，所述药皮的组分混合后加入药粉总重18-21％的钾钠水玻璃，搅拌均匀，压涂在焊芯上，挤成不锈钢焊条。
2.根据权利要求1所述的一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，其特征在于：所述药皮占焊芯的重量百分比为37-45％。
3.根据权利要求1所述的一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，其特征在于：所述不锈钢焊条直径为6.7-6.8mm。
4.根据权利要求1所述的一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，其特征在于：所述大理石为含98％碳酸钙的大理石，所述白云石为含55％碳酸钙及44％碳酸镁的白云石，所述冰晶石为含60％氟的冰晶石，所述萤石为含97.50％氟化钙的萤石，所述金红石为含97.50％二氧化钛的天然金红石，所述钛酸钾钠为含16.50％氧化钾+氧化钠的钛酸钾钠，所述云母为含43.20％二氧化硅及25.0％氧化铝的复合云母，所述长石粉为含64.30％二氧化硅、17.80％氧化铝、14.0％氧化钾+氧化钠的长石粉，所述微碳铬铁为含74.50％铬的微碳铬铁，所述电解锰为含99.70％锰的电解锰，所述四氧化三铁为含96.90％含量的四氧化三铁。
5.根据权利要求1所述的一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，其特征在于：所述药皮由以下重量数的原料组成：大理石18Kg，白云石3.5Kg，冰晶石4Kg，萤石1Kg，金红石40Kg，钛酸钾钠2Kg，云母6.4Kg，长石粉4Kg，微碳铬铁20.6Kg，电解锰5.4Kg，四氧化三铁3.5Kg，羧甲基纤维素0.8Kg。
6.根据权利要求1所述的一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，其特征在于：所述药皮由以下重量数的原料组成：大理石18Kg，白云石2.8Kg，冰晶石4Kg，萤石0.8Kg，金红石40Kg，钛酸钾钠2Kg，云母7.1Kg，长石粉4Kg，微碳铬铁21.0Kg，电解锰6.0Kg，四氧化三铁3.5Kg，羧甲基纤维素0.8Kg。
7.根据权利要求1所述的一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，其特征在于：所述钾钠水玻璃的模数为2.65，且浓度为44-45波美度。
8.根据权利要求1所述的一种LNG储罐专用高铁素体高强度不锈钢焊条，其特征在于：所述焊条熔敷金属由以下重量份数的原料组成：碳≤0.04份，硅≤0.90份，锰0.5-2.5份，磷≤0.03份，硫≤0.03份，铬≤19.00-21.00份，镍≤9.00-11.00份，钼≤0.75份，铜≤0.75份。
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