用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲的製作方法

2023-12-12 11:28:12 1

專利名稱：用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種埋弧焊絲，更具體地講，涉及一種用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲，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點蝕性能，同時焊縫還具有良好的力學性能。
背景技術：
油船貨油艙在裝有原油時，貨油艙內處於極其複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%仏+13% C02+0.01% S02+0. 1% H2S+bal N2)，在晝夜交替下，油船貨油艙內溫度及溼度發生變化，上甲板會凝結出水滴。由於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鏽，形成的鐵鏽會作為催化劑促進氣相中的氧化，從而在上甲板上生成固體硫。固體硫與鐵鏽交替生成，由於固體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，即減少鐵鏽。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，並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，對於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。當前，油船貨油艙的建造採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塗層防腐處理，但是由於塗覆面積龐大，而且每隔10年就需要重新塗覆，花費大量的人力和物力。因此，國內外開展了無塗覆油船貨油艙耐蝕鋼的研究，如US2010000361、CN1946864、JP2003-82435, CN101389782、CN100562598等。而現有技術的埋弧焊絲與新開發的耐蝕鋼的耐蝕性差異較大，不能滿足在無防腐處理使用條件下耐蝕性能的要求。此外，其他領域使用的低合金鋼耐腐蝕埋弧焊絲主要是耐大氣腐蝕或者耐海水腐蝕，如中國專利CN101664863、CN100366375 和CN101288924。這與油船貨油艙腐蝕環境差異很大，因此，這些埋弧焊絲不適合油船貨油艙的焊接。因此，亟待一種能夠針對油船貨油艙內特殊腐蝕環境而設計的埋弧焊絲。

發明內容
本發明的目的在於提供一種針對油船貨油艙內特殊腐蝕環境而開發的新型埋弧焊絲。為了實現上述目的，本發明提供了一種用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲，所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數計包括C 0.03-0. 15%, Si 0.01-0.5%, Mn 1-2.5%,P^O. 015%, S ^ 0. 012%, Ni 0. 1-1%, Cu 0. 1-1 %,0 < Cr ^ 0. 1 %, Ti 0. 01-0. 25%,0 < Al ^ 0. 1%，餘量為鐵及其它不可避免的雜質。在根據本發明的另一實施例中，所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數計還包括 Mo 0.01-0. 5%和 W 0. 01-0. 5%中的至少一種。在根據本發明的另一實施例中，所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數計還包括 Sb 0. 01-0. 3%, Sn 0. 01-0. 3%, As 0. 01-0. 3%, Se 0. 01-0. 3%, Bi 0. 01-0. 3%和 Pb 0. 01-0. 3%中的至少一種。


圖1為油船貨油艙下底板和上甲板的腐蝕試驗的試樣示意圖；圖加示出了油船貨油艙下底板腐蝕試驗的試樣的尺寸，圖2b為油船貨油艙下底板腐蝕試驗裝置的示意圖；圖3a示出了油船貨油艙上甲板腐蝕試驗的試樣的尺寸，圖!Bb為油船貨油艙上甲板腐蝕試驗裝置的示意圖。
具體實施例方式為了克服現有技術中存在的問題，本發明提供了一種用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲。下面將詳細描述根據本發明實施例的用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲。根據本發明的實施例，用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲的化學成分(質量分數，在本申請中描述的百分數均為質量分數)為C 0. 03-0. 15%, Si 0.01-0.5%, Mn 1-2. 5 %, P ^ 0. 015 %, S ^ 0. 012 %, Ni 0. 1-1 %, Cu 0. 1-1 %,0 < Cr ^ 0. 1 %, Ti 0. 01-0. 25%,0 < Al ^ 0. 1%，餘量為鐵及其它不可避免的雜質。在根據本發明實施例的用於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，碳含量應大於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%。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%。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含量應大於等於1%，同時Mn含量超過2. 5%後焊縫金屬的韌性會降低。因此，埋弧焊絲中Mn含量為 1-2. 5%。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太低會增加製造成本。因此，P和S應分別滿足P彡0. 015%，S彡0. 012%。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可在潤溼硫化氫環境下形成硫化物而改善鏽層，從而提高耐蝕性。其含量超過0.後，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，其含量應低於1%。因此，Ni含量為 0. 1-1%。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提高焊縫抵抗在乾濕反覆環境下酸性水引起的均勻腐蝕，並且在存在硫化氫的情況下，通過形成難溶性的硫化物改善鏽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含量應大於0.1%。但是Cu含量過高會提高產生熱裂紋的敏感性，因此，Cu含量應小於1%。因此，Cu含量應為 0. 1-1%。Cr可明顯降低酸性水環境下焊縫的耐蝕性，加速點蝕速度，因此，原則上越低越好。但是，Cr是焊絲鋼冶煉過程中不可避免的元素，因此，Cr作為雜質元素含量不能超過 0.1%。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%。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含量應小於0. 1 %。可選地，根據本發明實施例，用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲的化學成分(質量分數)中還可以含有Mo 0.01-0. 5%和W 0. 01-0. 5%中的至少一種。具體地講，Mo和W作用基本相似，一方面可以抑制固體硫的生成，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的含量應大於0. 01%。但是Mo或W的含量過大會引起韌性降低，所以 Mo或W的含量不應大於0. 5%。因此，Mo或W在埋弧焊絲中含量為0. 01-0. 5%。根據本發明的另一實施例，用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲的化學成分(質量分數)中還可以含有 Sb 0. 01-0. 3%, Sn 0.01-0.3%、As 0. 01-0. 3%, Se 0. 01-0. 3%, Bi 0. 01-0. 3%和 Pb 0. 01-0. 3%中的至少一種。具體地講，Sb、Sn、As、Se、Bi、Pb提高焊縫耐酸性並抑制點蝕的發展。為了發揮 Sb、Sn、As、Se、Bi、Pb的耐蝕效果，它們的含量應在0. 01%以上。同時這些元素是焊縫韌性毒害元素，所以它們的含量不能超過0.3%。因此，用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲中包含的 Sb、Sn、As、Se、Bi、Pb 的含量均為 0. 01-0. 3%0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，共製備了 8個根據本發明實施例的埋弧焊絲(3#-10#，見表一)。此外，還加工了 2種比較例(1#和姊，見表一)。表一埋弧焊絲的化學成分(質量百分數，％)
權利要求
1.一種用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲，其特徵在於所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數計包括:C 0. 03-0. 15%, Si 0. 01-0. 5%, Mn 1-2. 5%, P ^ 0. 015%, S 彡 0. 012%, Ni 0. 1-1%, Cu 0. 1-1%,0 < Cr ^ 0. 1%, Ti 0. 01-0. 25%,0 < Al 彡 0. 1%，餘量為鐵及其它不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的埋弧焊絲，其特徵在於所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數計還包括Mo 0.01-0. 5%和W 0. 01-0. 5%中的至少一種。
3.根據權利要求1或2所述的埋弧焊絲，其特徵在於所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數計還包括:Sb 0. 01-0. 3%, Sn 0. 01-0. 3%, As 0. 01-0. 3%, Se 0. 01-0. 3%, Bi 0. 01-0. 3%和 Pb 0. 01-0. 3%中的至少一種。
全文摘要
本發明提供了一種用於建造油船貨油艙的埋弧焊絲，所述埋弧焊絲的化學成分按質量百分數計包括C 0.03-0.15％，Si 0.01-0.5％，Mn 1-2.5％，P≤0.015％，S≤0.012％，Ni 0.1-1％，Cu 0.1-1％，0＜Cr≤0.1％，Ti 0.01-0.25％，0＜Al≤0.1％，餘量為鐵及其它不可避免的雜質。根據本發明實施例的埋弧焊絲的成分設計合理，施焊後焊縫無需防腐處理就具有良好的耐均勻腐蝕和耐點蝕性能，提高了油船整體的耐腐蝕性。
文檔編號B23K35/30GK102179641SQ20111008570
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月6日 優先權日2011年4月6日
發明者何長紅, 張曉牧, 彭雲, 楊柏, 田志凌, 肖紅軍, 馬成勇, 魏金山, 齊彥昌 申請人:鋼鐵研究總院