一种低温球罐用超低氢高韧性焊条

摘要

本发明提供了一种低温球罐用超低氢高韧性焊条，包括钢芯和药皮，所述药皮由按质量百分比计的如下成分组成：CaCO3：37～44％，CaF2：20～29％，TiO2：6.0～10％，SiO2：4.0～9.0％，Si‑Fe：5.0～8.0％，Mn：4.0～6.0％，Mo：0.7～1.2％，Mg：1.0～3.0％，Ni：2.0～4.0％，CMC：1.0～1.5％，海藻：0.5～1.0％，轻稀土氧化物：2.0～4.0％，碳酸锂：0.6～1.0％，石墨：0.5～1.0％，剩余量为铁粉。该低温球罐用超低氢高韧性焊条焊接飞溅小、成型美观、脱渣容易、熔敷率高、焊接性能优良、电弧稳定、无偏弧现象、‑50℃低温冲击韧性高，其熔敷金属的扩散氢[H]含量小于4mL/100g，达到超低氢的指标要求；而且其材料易于采购，生产成本低，应用范围广，使用方便。

权利要求

1.一种低温球罐用超低氢高韧性焊条，包括钢芯和药皮，其特征在于：所述药皮由按质量百分比计的如下成分组成：CaCO3：37～44％，CaF2：20～29％，TiO2：6.0～10％，SiO2：4.0～9.0％，Si-Fe：5.0～8.0％，Mn：4.0～6.0％，Mo：0.7～1.2％，Mg：1.0～3.0％，Ni：2.0～

4.0％，CMC：1.0～1.5％，海藻：0.5～1.0％，轻稀土氧化物：2.0～4.0％，碳酸锂：0.6～

1.0％，石墨：0.5～1.0％，剩余量为铁粉。

2.如权利要求1所述的低温球罐用超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述药皮占焊条总重量的33～38％。

3.如权利要求1所述的低温球罐用超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结。

4.如权利要求1所述的低温球罐用超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述钢芯为H08GX钢丝。

5.如权利要求1所述的低温球罐用超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述药皮的Si-Fe中硅含量为40～47％。

6.如权利要求1所述的低温球罐用超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述轻稀土氧化物为氧化钇。

7.如权利要求1所述的低温球罐用超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：37％，CaF2：20％，TiO2：10％，SiO2：9.0％，Si-Fe：

5.0％，Mn：4.0％，Mo：0.7％，Mg：1.0％，Ni：4.0％，CMC：1.0％，海藻：0.5％，轻稀土氧化物：

2.0％，碳酸锂：0.6％，石墨：1.0％，余量为铁粉。

8.如权利要求1所述的低温球罐用超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：44％，CaF2：20％，TiO2：6.0％，SiO2：4.0％，Si-Fe：5.0％，Mn：6.0％，Mo：1.2％，Mg：1.0％，Ni：2.0％，CMC：1.5％，海藻：1.0％，轻稀土氧化物：4.0％，碳酸锂：1.0％，石墨：0.5％，余量为铁粉。

9.如权利要求1所述的低温球罐用超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：40％，CaF2：20％，TiO2：6.0％，SiO2：6.0％，Si-Fe：8.0％，Mn：5.0％，Mo：1.0％，Mg：2.0％，Ni：3.0％，CMC：1.0％，海藻：0.8％，轻稀土氧化物：3.0％，碳酸锂：0.8％，石墨：0.8％，余量为铁粉。

10.如权利要求1所述的低温球罐用超低氢高韧性焊条，其特征在于：所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：37％，CaF2：29％，TiO2：6.0％，SiO2：4.0％，Si-Fe：6.0％，Mn：4.0％，Mo：0.8％，Mg：3.0％，Ni：2.0％，CMC：1.2％，海藻：0.6％，轻稀土氧化物：2.0％，碳酸锂：0.8％，石墨：0.6％，余量为铁粉。

说明书

一种低温球罐用超低氢高韧性焊条

技术领域

[0001] 本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种低温球罐用超低氢高韧性焊条，是低氢钠型药皮的低温球罐用超低氢高韧性焊条，主要用于大型炼油、乙烯(丙烯)球罐等重要结构的焊接。

背景技术

[0002] 乙烯工业是国民经济重要的基础原材料产业。选用的金属材料以碳素钢、合金钢、不锈钢为主。乙烯(丙烯)球罐作为关键设备之一，所用的金属材料要求耐-50℃低温的高强度钢板。2007年前，国内大型炼油、乙烯项目等用乙烯、丙烯球罐主要采用进口材料，如日本钢板JFE-HITEN610U2建造，2005年，茂名石化用武钢产530MPa级15MnNiNbR建成一台丙烯球罐，2006年6月，宝钢开发成功球罐610MPa级用B610CF系列低焊接裂纹敏感性高强度调质钢，服役温度分别为-20℃、-40℃和-50℃，并通过全国锅炉压力容器标准化技术委员会的技术评审。2007年9月，中海油惠州炼化在国外钢厂不供应工程大型丙烯球罐用钢板，设计者更改设计选材，选用宝钢-50℃的B610CF-L2钢板，在国内首次建成2台3000立方米丙烯球罐，随后，中石化在国内天津百万吨乙烯工程和镇海炼化工程，3000立方米的乙烯和丙烯球罐，分别采用44mm、48mm厚B610CF-L2钢板，建造了5台乙烯球罐和8台丙烯球罐，至此，大型低温乙烯(丙烯)球罐用610MPa级高强度钢板实现国产化和工程应用。而焊接材料作为设备制造时必不可少的工艺材料，起着举足轻重的作用；有些关键设备的国产化进程中，最后的难点往往就是焊接材料。

[0003] 然而，现有的低温乙烯(丙烯)球罐用610MPa级高强度钢配套的焊条一般采用国外进口的焊接材料，这种国外相应的焊接材料由于品牌效应，价格居高不下，从而导致制造乙烯(丙烯)球罐制造成本高，因此需要研制一种配套的焊接材料替代进口材料，降低制造成本。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种低温球罐用超低氢高韧性焊条，既能够保证超低氢的指标要求，又具有良好的焊接性能和耐低温冲击韧性。

[0005] 本发明的技术方案是提供一种低温球罐用超低氢高韧性焊条，包括钢芯和药皮，所述药皮由按质量百分比计的如下成分组成：CaCO3：37～44％，CaF2：20～29％，TiO2：6.0～10％，SiO2：4.0～9.0％，Si-Fe：5.0～8.0％，Mn：4.0～6.0％，Mo：0.7～1.2％，Mg：1.0～
3.0％，Ni：2.0～4.0％，CMC：1.0～1.5％，海藻：0.5～1.0％，轻稀土氧化物：2.0～4.0％，碳酸锂：0.6～1.0％，石墨：0.5～1.0％，剩余量为铁粉。

[0006] 进一步地，上述药皮占焊条总重量的33～38％。

[0007] 进一步地，上述钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结。

[0008] 进一步地，上述钢芯为H08GX钢丝，H08GX钢丝中S和P含量低，杂质少纯净度高，从而可以保证焊缝金属杂质含量少。

[0009] 进一步地，上述药皮的Si-Fe中硅含量为40～47％。

[0010] 进一步地，上述轻稀土氧化物为氧化钇。

[0011] 优选实施方式，所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：37％，CaF2：20％，TiO2：10％，SiO2：9.0％，Si-Fe：5.0％，Mn：4.0％，Mo：0.7％，Mg：1.0％，Ni：4.0％，CMC：1.0％，海藻：0.5％，轻稀土氧化物：2.0％，碳酸锂：0.6％，石墨：1.0％，余量为铁粉。

[0012] 优选实施方式，所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：44％，CaF2：20％，TiO2：6.0％，SiO2：4.0％，Si-Fe：5.0％，Mn：6.0％，Mo：1.2％，Mg：1.0％，Ni：2.0％，CMC：1.5％，海藻：1.0％，轻稀土氧化物：4.0％，碳酸锂：1.0％，石墨：0.5％，余量为铁粉。

[0013] 优选实施方式，所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：40％，CaF2：20％，TiO2：6.0％，SiO2：6.0％，Si-Fe：8.0％，Mn：5.0％，Mo：1.0％，Mg：2.0％，Ni：3.0％，CMC：1.0％，海藻：0.8％，轻稀土氧化物：3.0％，碳酸锂：0.8％，石墨：0.8％，余量为铁粉。

[0014] 优选实施方式，所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：37％，CaF2：29％，TiO2：6.0％，SiO2：4.0％，Si-Fe：6.0％，Mn：4.0％，Mo：0.8％，Mg：3.0％，Ni：2.0％，CMC：1.2％，海藻：0.6％，轻稀土氧化物：2.0％，碳酸锂：0.8％，石墨：0.6％，余量为铁粉。

[0015] 本发明焊条中药皮配方的设计原理如下：

[0016] 碳酸钙(CaCO3)的主要作用为造渣和造气，还具有脱硫的作用。当碳酸钙含量较低时，药皮的造气和造渣能力下降，对焊缝的保护作用降低，造成焊缝力学性能下降；如果碳酸钙的含量过高，药皮造气量过大，电弧稳定性下降，飞溅增大，焊渣熔点升高，减慢焊接速度，焊缝成型粗糙；本发明中碳酸钙主要是以大理石形式加入，总量控制在37～44％。

[0017] 氟化钙(CaF2)用于降低液态金属的表面张力，具有稀渣的作用，提高流动性，使得焊缝成型美观，还具有去氢的作用，减少白点倾向。氟化钙含量低，使得焊缝成型不好，焊缝中易出气孔；氟化钙含量过高，则容易破坏电弧稳定性，使焊条工艺性变差；本发明焊条中氟化钙主要以萤石形式加入，含量控制在20～29％。

[0018] 二氧化钛(TiO2)在本发明中主要以金红石的形式加入，金红石的加入可以使焊接电弧稳定，熔池平静，使金属以细雾状过渡，细化熔滴，焊缝成形美观细密，熔渣覆盖好，但过量使用容易使机械性能严重下降，故其含量控制在6～10％。

[0019] 二氧化硅(SiO2)在本发明中主要以石英的形式加入，二氧化硅作为造渣剂，可增加渣的活泼性，但过量使用会增加飞溅，渣黏，爆炸声显著，故其含量控制在4～9％。

[0020] 硅铁(Si-Fe)是一种脱氧剂，可以减少熔敷金属中氧的含量，同时Si具有固溶强化作用，能提高熔敷金属的强度，但是Si过量会使冲击韧性下降，特别是当熔敷金属中Si的含量大于0.4％时，冲击韧性下降；本发明中使用的硅铁为45号雾化硅铁，其中硅的含量占硅铁总重量的40～47％，配方中45号雾化硅铁的总量控制在5～8％。

[0021] 锰(Mn)主要用于提高熔敷金属强度，同时也起到脱氧和脱硫的作用，随着Mn含量的增加，熔敷金属强度上升，而冲击韧性呈先上升后下降的规律，当Mn大于6％时，冲击韧性下降；本发明中锰主要是以电解锰、金属锰、中锰中的一种或几种组合加入，其锰总含量控制在4～6％。

[0022] 钼(Mo)是渗合金元素，可以促使细化晶粒，防止裂缝敏感性，增加钢的红硬性，消除钢的脆性，显著提高冲击韧性，提高钢的可淬性及硬度和强度；而用量过多易引起回火脆性；本发明中Mo含量控制在0.7～1.2％。

[0023] 镁(Mg)是一种强脱氧元素，且氧化后能够性能碱性氧化物，提高碱度，但其过于活泼，燃点较低，易发生化学反应，引起焊条起泡，且成本较为昂贵，故不能多加；本发明中Mg总量控制在1～3％。

[0024] 镍(Ni)是渗合金元素，可提高韧性及强度，镍量提高后对耐高温抗氧化性能亦提高，镍是形成γ相元素，又是石墨化元素，但一般不多用，尤其我国是镍资源匮乏的国家，应尽量少用；本发明中镍份的总量控制在2～4％。

[0025] 有机物一般富于弹性，便于焊条的压涂，且在燃烧过程中产生保护气体。本发明中通过羧甲基纤维素(CMC)和海藻的组合加入，CMC能够增加粉料的滑性，可以有效的预防焊条开裂，海藻能够增加粉料的粘度，便于压涂；本发明中，CMC的总量控制在1～1.5％、海藻总量控制在0.5～1.0％。

[0026] 轻稀土氧化物是指元素周期表中原子序数为57到71的15种镧系元素氧化物，以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)共17种元素的氧化物；镧，铈，镨，钕等的氧化物都是稀土氧化物。轻稀土氧化物能够细化晶粒，大大提高焊缝低温冲击韧性，但由于其价格昂贵，不能多加；本发明中轻稀土氧化物的总量控制在2～4％。

[0027] 碳酸锂的主要作用为造渣和造气，其熔点较低，能够有效降低焊条在焊接过程中的熔点，从而不易使焊条形成长的套筒。碳酸锂加入过多时，熔点过低，碳酸锂加入较少时，效果不明显；本发明中碳酸锂的总量控制在0.6～1.0％。

[0028] 石墨是强脱氧剂，但碳过度系数很小，可使焊缝强度及硬度急增，而延展性大幅度下降；用量过多时，因碳熔点很高，故使焊接速度减慢；本发明中石墨的总量控制在0.5～1.0％。

[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果：

[0030] (1)本发明提供的这种低温球罐用超低氢高韧性焊条焊接飞溅小、成型美观、脱渣容易、熔敷率高、焊接性能优良、电弧稳定、无偏弧现象、-50℃低温冲击韧性高，而且其熔敷金属的扩散氢水银法测试结果[H]<4mL/100g，达到超低氢的指标要求。

[0031] (2)本发明提供的这种低温球罐用超低氢高韧性焊条的材料易于采购，生产成本低，应用范围广，使用方便。

具体实施方式

[0032] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 实施例1：

[0034] 本实施例提供一种低温球罐用超低氢高韧性焊条，由钢芯和药皮组成，所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：37％，CaF2：20％，TiO2：10％，SiO2：9.0％，Si-Fe：5.0％，Mn：4.0％，Mo：0.7％，Mg：1.0％，Ni：4.0％，CMC：1.0％，海藻：0.5％，轻稀土氧化物：2.0％，碳酸锂：0.6％，石墨：1.0％，余量为铁粉。

[0035] 实施例2：

[0036] 本实施例提供一种低温球罐用超低氢高韧性焊条，由钢芯和药皮组成，所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：44％，CaF2：20％，TiO2：6.0％，SiO2：4.0％，Si-Fe：5.0％，Mn：6.0％，Mo：1.2％，Mg：1.0％，Ni：2.0％，CMC：1.5％，海藻：1.0％，轻稀土氧化物：4.0％，碳酸锂：1.0％，石墨：0.5％，余量为铁粉。

[0037] 实施例3：

[0038] 本实施例提供一种低温球罐用超低氢高韧性焊条，由钢芯和药皮组成，所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：40％，CaF2：20％，TiO2：6.0％，SiO2：6.0％，Si-Fe：8.0％，Mn：5.0％，Mo：1.0％，Mg：2.0％，Ni：3.0％，CMC：1.0％，海藻：0.8％，轻稀土氧化物：3.0％，碳酸锂：0.8％，石墨：0.8％，余量为铁粉。

[0039] 实施例4：

[0040] 本实施例提供一种低温球罐用超低氢高韧性焊条，由钢芯和药皮组成，所述钢芯为H08GX钢丝，钢芯和药皮采用模数为2.8～3.0的低模纯钠水玻璃作为粘结剂粘结，药皮占焊条总重量的33～38％，药皮的成分如下：CaCO3：37％，CaF2：29％，TiO2：6.0％，SiO2：4.0％，Si-Fe：6.0％，Mn：4.0％，Mo：0.8％，Mg：3.0％，Ni：2.0％，CMC：1.2％，海藻：0.6％，轻稀土氧化物：2.0％，碳酸锂：0.8％，石墨：0.6％，余量为铁粉。

[0041] 对上述实施例1～4的低温球罐用超低氢高韧性焊条进行性能测试：

[0042] 按标准要求及行业常规方法测试实施例1～4制备的焊条化学成分、力学性能、扩散氢测试，其结果如表1～3所示。

[0043] 表1：熔敷金属化学成分

[0044]  C Mn Si S P Ni Mo
实施例1 0.088 1.27 0.29 0.0048 0.012 0.77 0.32
实施例2 0.082 1.29 0.27 0.0055 0.013 0.64 0.35
实施例3 0.083 1.21 0.32 0.0060 0.014 0.72 0.38
实施例4 0.085 1.26 0.28 0.0062 0.012 0.73 0.34

[0045] 表2：熔敷金属力学性能

[0046]

[0047] 表3：熔敷金属扩散氢含量(水银法)

[0048]

[0049] 由上述表1～3可以看出，本发明提供的这种低温球罐用超低氢高韧性焊条在-50℃低温冲击韧性高，且其熔敷金属的扩散氢含量[H]<4mL/100g，达到超低氢的指标要求。

[0050] 以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。