一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条及其制备方法

摘要

本发明涉及一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条。该电焊条包括焊芯、药粉和粘结剂，药粉与焊条质量比为22‑26：100，药粉与粘结剂的质量比为100：25‑30。以药粉占焊条的质量百分比计，药粉中原料为大理石7‑12%、萤石3‑5%、金属锰0.4‑0.7%、纯碱0.1‑0.2%、CMC 0.15‑0.30%、钛白粉0.6‑0.8%、碳酸钡2.5‑4.0%、金红石3.5‑8.0%、钨粉0.075‑0.2%、金属铬0.5‑0.9%、氟化钠0.5‑1.2%。制备得到的电焊条满足AWS A5.11中ENiCrMo‑4要求，焊条焊接时电弧稳定，飞溅较小，脱渣好，成型美观，全位置操作性能好。

权利要求

1.一种与Ni9钢配套能够用于深冷环境的电焊条，该电焊条包括焊芯、药粉和粘结剂，其特征在于：药粉与电焊条质量比为22-26：100，药粉与粘结剂的质量比为100：25-30；以药粉占电焊条的质量百分比计，药粉包括以下质量百分比的原料：大理石7-12%、萤石3-5%、金属锰0.4-0.7%、纯碱0.1-0.2%、CMC 0.15-0.30%、钛白粉

0.6-0.8%、碳酸钡2.5-4.0%、金红石3.5-8.0%、钨粉0.075-0.2%、金属铬0.5-0.9%、氟化钠

0.5-1.2%；焊芯包括以下质量百分比的成分C：0.07-0.10%，Mn：1.0-1.5%，Si：≤0.10%，S:≤

0.004%，P≤0.005%，Cr：15.0-17.0%， Mo：3.5-4.0%，Cu ≤0.10%，Fe：4.0-5.0%，Nb：2.0-

2.5%，W：0.8-1.2%，余量为镍与微量杂质，以上焊芯中各成分的总重量为100%。

2.根据权利要求1所述的一种与Ni9钢配套能够用于深冷环境的电焊条，其特征在于：以药粉占电焊条的质量百分比计，药粉包括以下质量百分比的原料：大理石8.7%、萤石4.7%、金属锰0.47%、纯碱0.14%、CMC 0.23%、钛白粉0.7%、碳酸钡

3.5%、金红石5.38%、钨粉 0.12%、金属铬0.7%、氟化钠0.7%。

3.根据权利要求1所述的一种与Ni9钢配套能够用于深冷环境的电焊条，其特征在于：所述的粘结剂为20℃条件下41-43Be’的钾钠摩尔比为3:1的水玻璃，模数为3.1M。

4.根据权利要求1所述的一种与Ni9钢配套能够用于深冷环境的电焊条，其特征在于：其熔敷金属的抗拉强度≥690Mpa、屈服强度≥400Mpa、延伸率≥22%、-196℃冲击达到47J。

5.一种如权利要求1-4中任意一项权利要求所述电焊条的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将药粉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，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，即成。

6.根据权利要求5中所述电焊条的制备方法，其特征在于：步骤三为再经低温88℃烘焙

2小时、高温300℃烘焙1.5小时。

说明书

一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于焊接材料领域，具体涉及一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条及其制备方法。

背景技术

[0002] 9％Ni钢是1944年开发的W(Ni)一9％的中合金钢，由美国国际镍公司的产品研究实验室研制成功，它是一种低碳调质钢，组织为马氏体加贝氏体。这种钢材在极低温度下具有良好的韧性和高强度，而且与奥氏体不锈钢和铝合金相比具有热胀系数小，经济性好，使用温度最低可达-196℃，自1960年通过研究证明不进行焊后消除应力热处理亦可安全使用以来，9％Ni钢就成为用于制造大型LNG储罐的主要材料之一。钢的主要特点是高镍含量、高纯净度、较高强度、高的低温冲击韧性、良好焊接性能。但是由于受铁素体含量的影响，在-196℃及更低超低温的深冷环境中，其机械性能会有所欠缺。

发明内容

[0003] 本发明的发明目的在于针对以上技术问题，提供一种尤其适用于深冷环境，在-196℃及更低超低温环境中仍然保持良好机械性能的与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条。

[0004] 本发明的另外一个目的是提供以上所述的与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条的制备方法。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的具体技术方案为：

[0006] 一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条，该焊条包括焊芯、药粉和粘结剂，其中，药粉与焊条质量比为22-26：100，药粉与粘结剂质量比为100：25-30。

[0007] 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：

[0008] 大理石7-12％、萤石3-5％、金属锰0.4-0.7％、纯碱0.1-0.2％、CMC 0.15-0.30％、钛白粉0.6-0.8％、碳酸钡2.5-4.0％、金红石3.5-8.0％、钨粉0.075-0.2％、金属铬0.5-0.9％、氟化钠0.5-1.2％。

[0009] 所述的粘结剂为20℃条件下41-43Be’的钾钠比例3:1的水玻璃，模数为3.1M。

[0010] 进一步优选，与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条中，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：

[0011] 大理石8.7％、萤石4.7％、金属锰0.47％、纯碱0.14％、CMC 0.23％、钛白粉0.7％、碳酸钡3.5％、金红石5.38％、钨粉0.12％、金属铬0.7％、氟化钠0.7％。

[0012] 一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条的制备方法，其包括以下步骤：

[0013] 步骤一、将药粉各成分的粉料按比例混合均匀；

[0014] 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；

[0015] 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。

[0016] 采用该方法制备得到的与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条，其常温熔敷金属的抗拉强度≥690Mpa、屈服强度≥400Mpa、延伸率≥22％、-196℃冲击达到47J。

[0017] 本发明药芯中各成分的主要作用如下：

[0018] 大理石：又称云石，是重结晶的石灰岩，主要成分是CaCO3，市售产品。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。

[0019] 萤石：萤石也叫氟化钙，是一种常见的卤化物矿物，可以市售购买。调整熔渣的熔点和粘度，增加熔渣的流动性，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。

[0020] 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。对焊缝成形、电弧稳定性起关键作用。

[0021] 钛白粉：起造渣作用，有稳定电弧，改善熔渣物理性能(改善脱渣性、焊缝成型等)，增加涂料的粘性和塑性。

[0022] 钨粉；以氧化钨为原料，在四管马弗炉或多管炉内用氢气还原，粒度从0.6-30微米。主要分粗、中、细几个粒度，银灰色粉末，杂质含量以国家标准为依据，为市售产品。

[0023] 金属锰：加入可起到脱硫、脱氧的作用，还可以向焊缝过渡锰元素，提高焊缝强度。

[0024] 纯碱、CMC：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粉容易吸潮。

[0025] CMC：羧甲基纤维素，市售产品。

[0026] 本发明即通过上述药粉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。

[0027] 本发明的积极效果为：

[0028] (一)、具有焊接时电弧稳定、飞溅较小、脱渣好、焊缝成型美观、全位置焊接性能优良；尤其是在深冷环境下使用仍具有良好的综合性能。

[0029] (二)、采用本发明的焊条对9Ni钢大型低温储罐焊接、其焊缝(熔敷金属)力学性能：Rp0.2：503MPa,Rm:730MPa,A:42.5％,-196℃平均冲击功大于47J，完全满足在深冷环境下Ni9钢大型储罐的焊接要求，并可充分发挥母材的优良性能，大幅度提高大型储罐的使用性能及寿命等特点。

具体实施方式

[0030] 下面结合具体实例，对本发明进行详细解释说明，但不应将此理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。

[0031] 以下实施例中原料和焊芯来自于市场购买而得；对9Ni钢进行焊接，在常温下检测熔敷金属的性能。

[0032] 实施例1：

[0033] 制备一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条，该焊条包括焊芯、药粉和粘结剂，其中，药粉与焊条质量比为22-26：100，药粉与粘结剂质量比为100：25-30。以药粉占电焊条的质量百分比计，药粉中各组原料及其质量百分含量如下：

[0034] 大理石9.2％、萤石4.7％、金属锰0.55％、纯碱0.14％、CMC 0.23％、钛白粉0.7％、碳酸钡2.8％、金红石5.5％、钨粉0.12％、金属铬0.7％、氟化钠0.7％。

[0035] 取焊芯质量69.64％，成分满足如下要求(wt％)：焊芯成分质量百分比为C C0.07-0.10％，Mn 1.0-1.5，Si≤0.10，S:≤0.004，P≤0.005，Cr15.0-17.0，Mo3.5-4.0，Cu≤0.10，Fe 4.0-5.0，Nb2.0-2.5，W0.8-1.2，余量为镍与微量杂质，以上焊芯中各成分的总重量为
100％。

[0036] 详细制备方法为：

[0037] 将上述药粉中的各组分混合均匀，加入占药粉总质量含量27％的20℃条件下41-43Be’的钾钠水玻璃，模数为3.1M，进行50min的搅拌。用常规工艺在油压式焊条生产设备上将其包于焊芯上。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。

[0038] 实施例2：

[0039] 制备一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条，以药粉占电焊条的质量百分比计，药粉中各组原料及其质量百分含量如下：

[0040] 大理石10.0％、萤石3.5％、金属锰0.55％、纯碱0.14％、CMC 0.23％、钛白粉0.7％、碳酸钡2.5％、金红石3.5％、钨粉0.12％、、金属铬0.7％、氟化钠0.7％。

[0041] 粘结剂占药粉总质量含量28％。

[0042] 焊芯占总焊条的73.42％。

[0043] 制备方法的其它步骤如实施例1中记载即成。

[0044] 实施例3：

[0045] 本发明的一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条，需严格控制熔敷金属的杂质元素的含量，采用满足如下成分要求的棒丝生产该焊条，采用碱性渣系保证熔敷金属获得良好的力学性能。

[0046] 制备一种与Ni9钢配套可用于深冷环境的电焊条，以药粉占焊条的质量百分比计，药皮各组原料及其质量百分含量如下：

[0047] 大理石8.7％、萤石4.7％、金属锰0.47％、纯碱0.14％、CMC 0.23％、钛白粉0.7％、碳酸钡3.5％、金红石5.38％、钨粉0.12％、金属铬0.7％、氟化钠0.7％。

[0048] 取焊芯质量372.1g，成分满足如下要求(wt％):焊芯成分质量百分比为C0.07-0.10％，Mn 1.0-1.5，Si≤0.10，S:≤0.004，P≤0.005，Cr15.0-17.0，Mo3.5-4.0，Cu≤0.10，Fe 4.0-5.0，Nb2.0-2.5，W0.8-1.2，余量为镍与微量杂质，以上焊芯中各成分的总重量为
100％。

[0049] 制备方法为：将上述药皮各组分混合均匀，加入占药粉总质量含量26％的20℃条件下的钾钠水玻璃，波美浓度为41-43’Be，40min的搅拌。用常规工艺在油压式焊条生产设备上将其包于焊芯上。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。

[0050] 将实施例3中的焊条进行熔敷金属力学性能试验其试验结果如下：

[0051] 表1 实例3中熔敷金属化学成分

[0052]C Mn Si S P Cr Ni Mo Sb Cu
0.01 0.69 0.19 0.0069 0.0016 15.12 59.02 15.44 0.0065 0.00

[0053]2                 83
Fe W Co V Nb Ti B As Sn  
5.40 3.93 0.052 0.064 0.0027 0.022 0.0040 0.0020 0.0022  

[0054] 表2 实施例3中熔敷金属力学性能

[0055]

[0056] 由以上数据可知，实施例1-3各项实验所得焊条工艺性能良好：施焊电弧均稳定、飞溅较小、脱渣良好、成型美观、全位置操作性能好，其性能满足AWS A5.11ENiCrMo-4相关标准技术要求。

[0057] 本发明并不局限于甲醇制烯烃的催化剂床层升温及催化剂再生装置。本发明可扩展到以分子筛为载体的固定床催化剂升温或催化剂再生装置。也可扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。