用于建造油船货油舱的埋弧焊丝

时间: 2025-02-08 16:52:28 |   作者: 焊锡原料

　　1.一种用于建造油船货油舱的埋弧焊丝，其特征是所述埋弧焊丝的化学成分按质量

　　2.根据权利要求1所述的埋弧焊丝，其特征是所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分

　　3.根据权利要求1或2所述的埋弧焊丝，其特征是所述埋弧焊丝的化学成分按质

　　[0001]本发明涉及一种埋弧焊丝，更具体地讲，涉及一种用于建造油船货油舱的埋弧焊

　　丝，利用该埋弧焊丝进行焊接得到的焊缝无需经过防腐处理，即使在原油的腐蚀环境下也

　　[0002]油船货油舱在装有原油时，货油舱内处于极其复杂而恶劣的腐蚀环境。首先，货油

　　舱内的上甲板发生均匀腐蚀。在原油的运送过程中，货油舱内充有防爆气体(5％O

　　甲板会凝结出水滴。由于货油舱内存在酸性气体，导致水滴中pH值比较低，这种酸水对甲

　　生成固体硫。固体硫与铁锈交替生成，由于固体S很脆，这种腐蚀产物很容易从上甲板剥

　　落，堆积到货油舱的下底板。资料表明，在大型油船中以固体S为主的腐蚀产物高达300吨

　　[0003]另一方面，在货油舱的下底板发生点蚀，这在实际油船中是都会存在的现象。经研

　　究发现，原油中含有的盐水对下底板进行侵蚀，形成如“碗状”腐蚀坑，并且随着腐蚀的进行

　　腐蚀坑中的pH下降，可达0.8左右，进而加速了腐蚀坑的扩展。此外，从甲板剥落的固体S

　　也对点蚀起到加速的作用。因此，对于提高下底板耐点蚀性能，一种原因是提高钢材的耐点蚀

　　性能，另一方面是减少含有固体硫的腐蚀产物。焊缝作为货油舱组成的一部分同样面临着

　　[0004]当前，油船货油舱的建造采用普通的船体钢和一般焊接材料，钢材和焊材本身耐

　　蚀性能较差。而解决这样一些问题最有效的方法就是对货油舱内全面进行涂层防腐处理，但是

　　由于涂覆面积庞大，而且每隔10年就要重新涂覆，花费大量的人力和物力。因此，国内

　　CN101389782、CN100562598等。而现存技术的埋弧焊丝与新开发的耐蚀钢的耐蚀性差异较

　　大，不能够满足在无防腐处理使用条件下耐蚀性能的要求。此外，其他领域使用的低合金钢耐

　　腐蚀埋弧焊丝主要是耐大气腐蚀或者耐海水腐蚀，如中国专利CN101664863、CN100366375

　　和CN101288924。这与油船货油舱腐蚀环境差异很大，因此，这些埋弧焊丝不适合油船货油

　　[0005]因此，亟待一种能够针对油船货油舱内特殊腐蚀环境而设计的埋弧焊丝。

　　[0006]本发明的目的是提供一种针对油船货油舱内特殊腐蚀环境而开发的新型埋弧

　　[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种用于建造油船货油舱的埋弧焊丝，所述埋

　　[0008]在根据本发明的另一实施例中，所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分数计还包括

　　[0009]在根据本发明的另一实施例中，所述埋弧焊丝的化学成分按质量百分数计还包

　　[0011]图2a示出了油船货油舱下底板腐蚀试验的试样的尺寸，图2b为油船货油舱下底

　　[0012]图3a示出了油船货油舱上甲板腐蚀试验的试样的尺寸，图3b 为油船货油舱上甲

　　[0013] 为客服现存技术中存在的问题，本发明提供了一种用于建造油船货油舱的埋弧

　　[0014] 根据本发明的实施例，用于建造油船货油舱的埋弧焊丝的化学成分( 质量分

　　0.01-0.25％，0 ＜Al ≤0.1％，余量为铁及其它不可避免的杂质。

　　[0015] 在根据本发明实施例的用于建造油船货油舱的埋弧焊丝中，C 是固溶强化元素，可

　　以有效地提高焊缝强度。为了达到所需要的强度，碳含量应大于0.03％，但是C 含量过高时

　　[0016] Si 能大大的提升焊缝金属的强度，同时在酸性环境下，Si 能大大的提升焊缝的耐腐蚀性。

　　另一方面，Si 含量过高时会降低焊缝的韧性。同时考虑到熔剂会向焊缝过渡一定量的Si，

　　[0017] Mn 是本埋弧焊丝成分中主要强化元素之一，同时又是脱氧元素，所以Mn 含量应大

　　于等于1％，同时Mn 含量超过2.5％后焊缝金属的韧性会降低。因此，埋弧焊丝中Mn 含量

　　[0018] P、S 是杂质元素，会降低焊缝的韧性，原则上含量越低越好，但P、S 太低会增加制

　　造成本。因此，P 和S 应分别满足：P ≤0.015％，S ≤0.012％。

　　[0019] Ni 是有效提升焊缝韧性的元素，也是提高焊缝耐蚀性的合金元素之一。Ni 可在润

　　湿硫化氢环境下形成硫化物而改善锈层，来提升耐蚀性。其含量超过0.1％后，提高韧性

　　和耐腐蚀性的效果能明显显示出来。但是Ni 会增加成本，其含量应低于1％。因此，Ni 含

　　[0020] Cu 是该埋弧焊丝中主要提高焊缝耐蚀性的合金元素之一。Cu 提高焊缝抵抗在

　　干湿反复环境下酸性水引起的均匀腐蚀，并且在存在硫化氢的情况下，通过形成难溶性的

　　硫化物改善锈层而提高耐均匀腐蚀性和耐点蚀性，进而还可在存在固体S 的情况下抑制点

　　蚀产生。此外，还能抑制固体S 生成。为了充分的发挥其耐蚀性，Cu 含量应大于0.1％。但

　　是Cu 含量过高会提高产生热裂纹的敏感性，因此，Cu 含量应小于1％。因此，Cu 含量应为

　　[0021] Cr 可明显降低酸性水环境下焊缝的耐蚀性，加速点蚀速度，因此，原则上越低越

　　好。但是，Cr 是焊丝钢冶炼过程中不可避免的元素，因此，Cr 作为杂质元素含量不能超过

　　[0022] Ti 为有效脱氧的元素，同时Ti 和S 能形成TiS 而抑制易成为腐蚀起点的MnS 的

　　生成，来提升焊缝耐均匀腐蚀性和耐点蚀性。但是Ti 含量过高会降低焊缝的低温韧性。

　　[0023] Al 为脱氧元素，同时还具有抑制固体硫生成的效果，但是Al 含量过高会降低焊缝

　　[0024] 可选地，根据本发明实施例，用于建造油船货油舱的埋弧焊丝的化学成分( 质量

　　[0025] 具体地讲，Mo 和W 作用基本相似，一方面能够抑制固体硫的生成，另一方面可以阻

　　止氯离子对基体的侵蚀，来提升焊缝的耐均匀腐蚀性和耐点蚀性。为了发挥其作用，埋弧

　　焊丝成分中Mo 或W 的含量应大于0.01％。但是Mo 或W 的含量过大会引起韧性降低，所以

　　Mo 或W 的含量不应大于0.5％。因此，Mo 或W 在埋弧焊丝中含量为0.01-0.5％。

　　[0026] 根据本发明的另一实施例，用于建造油船货油舱的埋弧焊丝的化学成分( 质量分

　　[0027] 具体地讲，Sb、Sn、As、Se、Bi、Pb 提高焊缝耐酸性并抑制点蚀的发展。为了发挥

　　Sb、Sn、As、Se、Bi、Pb 的耐蚀效果，它们的含量应在0.01％以上。同时这些元素是焊缝韧性

　　毒害元素，所以它们的含量不能超过0.3％。因此，用于建造油船货油舱的埋弧焊丝中包含

　　[0028] 为了详细说明根据本发明实施例的埋弧焊丝的性能，按照上述设计的油船货油舱

　　用埋弧焊丝的成分来加工，共制备了8 个根据本发明实施例的埋弧焊丝(3#-10#，见表

　　[0032] 本发明实施例的制备是按照试验要求做配料，采用电炉进行冶炼，然后在

　　1050℃进行轧制，埋弧焊丝的拉拔或镀铜均为现存技术的加工方法，最终获得尺寸为

　　Φ4.0mm 的镀铜或不镀铜埋弧焊丝，埋弧焊丝的化学成分如表1 所示。对本发明中的实施例

　　进行焊接接头试验，焊剂为SJ101 焊剂，钢板采用油船货油舱用耐蚀钢板，钢板的化学成分

　　P、S 等杂质元素，余量为Fe。接头力学性能如表2 所示，能够准确的看出根据本发明实施例的埋弧

　　[0036] 此外，为说明埋弧焊丝的耐腐蚀和抗老化性能，还进行了模拟油船货油舱下底板的腐蚀

　　试验和模拟油船货油舱上甲板的腐蚀试验。腐蚀试验参照国际海事组织DE53 次会议提出

　　[0038] 从上述接头中各截取5 个平行试样100 进行平行试验，试样100 包含母材10、热

　　影响区30 及焊缝20 三个部位，如图1 所示。试样100 的长度为60mm，宽度为25mm，厚度为

　　5mm，如图2a 所示。试样表面首先用磨床磨平，而后再用600 号砂纸进行磨光。试验装置示

　　意图如图2b 所示。在图2b 中，标号100 表示试样，标号200 表示水浴槽。腐蚀液300 为

　　10％NaCl 水溶液，pH ＝0.85，温度为30℃，试样浸渍时间为168 小时。最后测定母材、热

　　影响区及焊缝的最大腐蚀深度，并折合成年腐蚀速率(mm/ 年)。油船货油舱下底板接头腐

　　蚀结果如表3 所示。1# 试样用传统埋弧焊丝进行焊接，焊缝的腐蚀速率明显高于钢板的腐

　　蚀速率，焊缝与母材不匹配。2# 试样的埋弧焊丝中含有过量的Cr，焊缝的腐蚀速率明显高

　　于钢板腐蚀速率，焊缝与母材不匹配。根据本发明实施例的3#-10# 试样是采用本发明埋弧

　　[0040] 从上述接头中各截取5 个平行试样100 进行平行试验，试样100 包含母材10、热影

　　响区30 及焊缝20 三个部位，如图1 所示。试样100 长度为60mm，宽度为25mm，厚度为5mm，

　　如图3a 所示。试样表面首先用磨床磨平，而后再用600 号砂纸进行磨光。试验装置如图3b

　　所示。在图3b 中，标号801 为出气口，标号802 为进气口，标号810 为外壳，标号820 为内

　　开始气体流量为100mL/min( 毫升/ 分钟)，24 小时以后气体流量为20mL/min。试样被周期

　　性加热，24 小时为一周期。一个周期内试样在温度50℃时维持20 小时，在温度25℃时保持

　　3 小时，两温度的调节时间为1 小时。此外，当试样温度为50℃时蒸馏水温度不超过36℃。

　　试验共进行98 天。从表3 能够准确的看出，1# 试样采用传统埋弧焊丝进行焊接，焊缝的腐蚀速率

　　明显高于钢板的腐蚀速率，焊缝与母材不匹配。2# 试样的埋弧焊丝中含有过量的Cr，焊缝

　　的腐蚀速率明显高于钢板腐蚀速率，焊缝与母材不匹配。根据本发明实施例的3#-10# 试样

　　[0044] 由此可知，根据本发明实施例的埋弧焊丝与现存技术相比较，根据本发明实施例

　　的埋弧焊丝的成分设计合理，施焊后焊缝无需防腐处理就拥有非常良好的耐均匀腐蚀和耐点蚀

　　[0045] 与传统方法中通过添加大量的Cr 来提高耐蚀性的方法不同，本发明的用于油船

　　货油舱的埋弧焊丝采用低S、P 设计，严格限制Cr 含量，利用Ni 和Cu 合金元素复合作用来

　　[0046] 尽管已经结合本发明的实施例示出和描述了本发明，但是本发明的范围不限于

　　此。在不脱离权利要求所限定的本发明的范围内，可以在细节和形式上对实施例做出各种