一種用于建造油輪的耐蝕埋弧焊絲的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于建造油輪的耐蝕埋弧焊絲。所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數為:0.03≤C≤0.15%;0.01≤Si≤0.5%;1≤Mn≤2.5%;0<P≤0.015%;0<S≤0.02%;0.1≤Ni≤1%;0.01%≤Cu≤1%;0.01≤Ti≤0.25%;0<Al≤0.1%;Mo和W中的至少一種,其含量分別為0.01-0.5%;余量為鐵;同時滿足(Cu+2Ti+4Mo+4W)/2S≥40。本發明埋弧焊絲與現有技術相比較,該埋弧焊絲的成分設計合理,施焊后焊縫在原油的腐蝕環境下具有良好的耐均勻腐蝕和耐局部腐蝕性能,有效的延長了焊縫在裸露狀態下的使用壽命。
【專利說明】—種用于建造油輪的耐蝕埋弧焊絲
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種埋弧焊絲,特別涉及一種用于建造油輪的耐蝕埋弧焊絲。
【背景技術】
[0002]油船貨油艙在裝有原油時,貨油艙內處于極其復雜而惡劣的腐蝕環境。首先,貨油艙內的上甲板發生均勻腐蝕。在原油的運輸過程中,貨油艙內充有防爆氣體(5%02+13%C02+0.01%S02+0.l%H2S+bal N2),在晝夜交替下,油船貨油艙內溫度及濕度發生變化,上甲板會凝結出水滴。由于貨油艙內存在酸性氣體,導致水滴中PH值比較低,這種酸水對甲板進行腐蝕而形成鐵銹,形成的鐵銹會作為催化劑促進氣相中H2S的氧化,從而在上甲板上生成固體硫。固體硫與鐵銹交替生成,由于固體S很脆,這種腐蝕產物很容易從上甲板剝落,堆積到貨油艙的下底板。資料表明,在大型油船中以固體S為主的腐蝕產物高達300噸以上。因此,控制固體S生成的關鍵是減少催化劑的生成,即減少鐵銹。
[0003]另一方面,在貨油艙的下底板發生點蝕,這在實際油船中是普遍存在的現象。經研究發現,原油中含有的鹽水對下底板進行侵蝕,形成如“碗狀”腐蝕坑,并且隨著腐蝕的進行腐蝕坑中的PH下降,可達0.8左右,進而加速了腐蝕坑的擴展。此外,從甲板剝落的固體S也對點蝕起到加速的作用。因此,對于提高下底板耐點蝕性能,一方面是提高鋼材的耐點蝕性能,另一方面是減少含有固體硫的腐蝕產物。焊縫作為貨油艙組成的一部分同樣面臨著這些腐蝕問題。
[0004]當前,油船貨油艙的建造采用普通的船體鋼和一般焊接材料,鋼材和焊材本身耐蝕性能較差。而解決這些問題最有效的方法就是對貨油艙內全面進行涂層防腐處理,但是由于涂覆面積龐大,而且每隔10年就需要重新涂覆,花費大量的人力和物力。因此,國內外開展了無涂覆油船貨油艙耐蝕鋼的研究,如US2010000361、CN1946864、JP2003-82435、CN101389782、CN100562598等。而現有耐蝕焊材技術思路,是通過限制S含量(重量百分比小于0.01%),同時加入一定量的耐蝕合金元素(N1、Cu等)以提高耐蝕元素,例如CN102744529和CN102672314。由于此技術需要嚴格限制S含量(S ( 0.01),這加大了焊絲鋼冶煉、生產難度,同時增加了成本。此外,由于埋弧焊絲必須與焊劑聯合使用,而焊劑是由多種礦物質組成,S含量非常難控制,往往造成焊縫金屬局部S含量高,這給焊縫的耐蝕性帶來巨大風險。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種用于油輪建造的耐蝕埋弧焊絲,特別是用于油船貨油艙內特殊腐蝕環境而開發的新型埋弧焊絲。
[0006]本發明的耐蝕技術思路是在埋弧焊絲中添加一定量Cu、T1、W、Mo元素,這些元素與S形成不溶于酸的硫化物,避免了侵蝕性硫離子的產生,提高焊縫耐蝕性,同時添加一定量的Ni調節腐蝕電位,避免與母材發生電偶腐蝕。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:[0008]一種用于建造油輪的耐蝕埋弧焊絲,所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數為:
0.03 ≤ C ≤0.15% ;0.01 ^ Si ^ 0.5% ; I ≤Mn ≤2.5% ;0 < P ^ 0.015% ;0 < S ^ 0.02% ;
0.1 ≤Ni ≤1% ;0.01% ^ Cu ^ 1% ;0.01 ^ Ti ^ 0.25% ;0<A1 ( 0.1% ;Mo 和 W 中的至少一種,其含量分別為0.01-0.5% ;余量為鐵;同時滿足(&1+211+4110+41) /2S≤40。
[0009]所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數為:0.04≤CS0.1% ;0.16≤SiS0.21% ;
1.58 ^ Mn ^ 2.07% ;P ( 0.01% ;S ( 0.019% ;0.29 ^ Ni ^ 0.45% ;0.2% ≤Cu ≤0.51% ;
0.09 ^ Ti ^ 0.12% ;A1 ( 0.01% ;Mo和W中的至少一種,其含量分別為0.05-0.2% ;余量為鐵;同時滿足 51 ^(Cu+2Ti+4Mo+4ff)/2S ( 138。
[0010]所述的用于建造油輪的耐蝕埋弧焊絲的用途:采用該埋弧焊絲施焊后焊縫無需防腐處理。
[0011]本發明的有益效果在于:
[0012]與現有技術相比,本發明對埋弧焊絲S含量限制范圍放寬了 I倍,大大降低冶煉生產難度,同時有效提高了焊縫耐蝕性能的穩定性,同時降低了埋弧焊絲成本。利用該埋弧焊絲進行焊接得到的焊縫無需經過防腐處理,即使在原油的腐蝕環境下也具有優良的耐均勻腐蝕和耐局部腐蝕性能,同時焊縫還具有良好的力學性能。
【具體實施方式】
[0013]下面結合實施例,對本發明進行詳細敘述。
[0014]埋弧焊絲的化學成分(質量百分數)為:0.03≤C≤0.15% ;0.01 ^ Si ^ 0.5% ;I ≤Mn ≤2.5% ;0 < P ^ 0.015% ;0 < S ^ 0.02% ;0.1 ≤Ni ≤1% ;0.01% ^ Cu ^ 1% ;
0.01 ^ Ti ^ 0.25% ;0<A1 ( 0.1% ;Mo和W中的至少一種,其含量分別為0.01-0.5% ;余量為鐵;同時(Cu+2Ti+4Mo+4W) /2S ≤40。
[0015]在根據本發明實施例的用于建造油船貨油艙的埋弧焊絲中,C是固溶強化元素,可以有效地提高焊縫強度。為了達到所需要的強度,碳含量應大于0.03%,但是C含量過高時會導致焊縫裂紋傾向增加,從而韌性降低,因此C含量不超過0.15%。
[0016]Si可以提高焊縫金屬的強度,同時在酸性環境下,Si可以提高焊縫的耐腐蝕性。另一方面,Si含量過高時會降低焊縫的韌性。同時考慮到熔劑會向焊縫過渡一定量的Si,因此,埋弧焊絲中Si含量為:0.01-0.5%。
[0017]Mn是本埋弧焊絲成分中主要強化元素之一,同時又是脫氧元素,所以Mn含量應大于等于1%,同時Mn含量超過2.5%后焊縫金屬的韌性會降低。因此埋弧焊絲中Mn含量為1-2.5%。
[0018]P、S是雜質元素,會降低焊縫的韌性,原則上含量越低越好,但P、S太低會增加制造成本。因此,P和S應分別滿足:0 < P≤0.015%, 0 < S ^ 0.02%。
[0019]Ni是有效提高焊縫韌性的元素,也是提高焊縫耐蝕性的合金元素之一。Ni可在潤濕硫化氫環境下形成硫化物而改善銹層,從而提高耐蝕性。其含量超過0.1%后,提高韌性和耐腐蝕性的效果能明顯顯示出來。但是Ni會增加成本,其含量應低于1%。因此Ni含量為 0.1-1%
[0020]Cu是該埋弧焊絲中主要提高焊縫耐蝕性的合金元素之一。Cu提高焊縫抵抗在干濕反復環境下酸性水引起的均勻腐蝕,并且在存在硫化氫的情況下,通過形成難溶性的硫化物(Cu2S)改善銹層而提高耐均勻腐蝕性和耐點蝕性,進而還可在存在固體S的情況下抑制點蝕產生。此外,還能抑制固體S生成。為了充分發揮其耐蝕性,Cu含量應大于0.1%。但是Cu含量過高會提高產生熱裂紋的敏感性,因此,Cu含量應小于1%。因此,Cu含量應為
0.1-1%。
[0021]Ti為有效脫氧的元素,同時Ti和S可以形成TiS而抑制易成為腐蝕起點的MnS的生成,從而提高焊縫耐均勻腐蝕性和耐點蝕性。但是Ti含量過高會降低焊縫的低溫韌性。因此,本發明埋弧焊絲Ti含量為0.01-0.25%。
[0022]Al為脫氧元素,同時還具有抑制固體硫生成的效果,但是Al含量過高會降低焊縫低溫韌性,因此,Al含量應小于0.1%。
[0023]用于建造油船貨油艙的埋弧焊絲的化學成分(質量分數)中還含有Mo和W中的至少一種,其含量分別為0.01-0.5%。
[0024]具體地講,Mo和W作用基本相似,一方面Mo、W與S形成難溶于酸水的硫化物(MoS2和WS2),避免了侵蝕性硫離子的產生,進而提高耐蝕性。另一方面可以阻止氯離子對基體的侵蝕,從而提高焊縫的耐均勻腐蝕性和耐點蝕性。為了發揮其作用,埋弧焊絲成分中Mo或W的含量應大于0.01%。但是Mo或W的含量過大會引起韌性降低,所以Mo或W的含量不應大于0.5%。因此,Mo和/或W在埋弧焊絲中含量分別為0.01-0.5%。
[0025]Cu、T1、Mo和W可與S形成難溶于酸水的硫化物。為了避免侵蝕性S硫離子的形成,提高焊縫耐蝕性,要求(Cu+2Ti+4Mo+4W) /2S ≥ 40。
[0026]為了詳細說明根據本發明實施例的埋弧焊絲的性能,按照上述設計的油船貨油艙用埋弧焊絲的成分進行加工,共制備了 7個根據本發明實施例的埋弧焊絲及2個比較例(見表1)。
[0027]表1埋弧焊絲的化學成分(質量百分數,%)
[0028]
【權利要求】
1.一種用于建造油輪的耐蝕埋弧焊絲,其特征在于,所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數為:0.03 ≤ C ≤ 0.15% ;0.01 ^ Si ^ 0.5% ;I ≤ Mn ≤ 2.5% ;0 < P ^ 0.015% ;0< S ≤ 0.02% ;0.1 ≤ Ni ≤ 1% ;0.01% ≤ Cu ≤ 1% ;0.01 ^ Ti ^ 0.25% ;0<A1 ( 0.1% ;Mo 和 W中的至少一種,其含量分別為0.01-0.5% ;余量為鐵;同時滿足(Cu+2Ti+4Mo+4W)/2S≤40。
2.如權利要求1所述的埋弧焊絲,其特征在于,所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數為:0.04 ≤ C ≤ 0.1% ;0.16 ^ Si ^ 0.21% ; 1.58 ^ Mn ^ 2.07% ;P ( 0.01% ;S ( 0.019% ;0.29 ^ Ni ^ 0.45% ;0.2% ≤ Cu ≤ 0.51% ;0.09 ^ Ti ^ 0.12% ;A1 ( 0.01% ;Mo 和 W 中的至少一種,其含量分別為0.05-0.2% ;余量為鐵;同時滿足51 ( (Cu+2Ti+4Mo+4ff)/2S ( 138。
3.如權利要求1所述的用于建造油輪的耐蝕埋弧焊絲的用途:其特征在于,采用該埋弧焊絲施焊后焊縫無需防腐處理。
【文檔編號】B23K35/24GK103692107SQ201310745307
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】馬成勇, 肖紅軍, 彭云, 田志凌, 魏金山, 張曉牧, 何長紅, 楊柏 申請人:鋼鐵研究總院