極低溫鋼用Ni基合金焊條

何少卿等

0發明概述

極低溫鋼焊接用鎳基合金焊條用于極低溫鋼建造的LNG、LEG等儲罐的焊接。鎳基合金焊縫金屬具有容易產生凝固裂紋、液化裂紋等熱裂紋（以下稱微裂紋）的特征。為了改進鎳基合金焊縫金屬的抗裂性能，在特開昭53-37555號公報中報道了使用Ni-Cr系焊芯，在焊芯或藥皮中添加Ta元素控制藥皮中含水量，來改善焊縫金屬微裂紋的焊條。

然而，由于近年來LNG和LEG需求的持續增加，隨著儲罐的大型化，使用40～50 mm的極厚板進行多層多道焊接施工建造儲罐。在這樣的多層多道焊接中，即使使用特開昭53-37555專利的改善抗微裂紋性能的焊條，在后道的熱影響區也產生微裂紋，抗裂性能不充分。此外，現在追求高品質、長壽命的儲罐，希望開發即使多層多道焊，也難以產生微裂紋，即使產生微裂紋時，微裂紋處也不產生龜裂，具有抵抗塑性龜裂擴展的特性，即研制了焊縫金屬CTOD特性優良的焊條。

為了解決上述課題，對焊芯和藥皮組成進行各種研究，焊條中不含有Si、Nb時，具有良好的抗微裂紋性能。但是，從焊縫金屬力學性能的觀點出發，為了確保焊縫金屬抗拉強度，焊條中的Nb不應過低。作為添加Nb的方法，從藥皮中添加比從焊芯中添加減少偏析，抗微裂紋效果更有效。為了具有良好的CTOD特性，認為焊條中Si、Nb含量控制到較低的程度為好。

注：①特開平10-235493根據上述的開發理念和見解，極低溫鋼焊接用鎳基合金焊條的特點如下。

Ni-Cr基合金焊芯中含有55%～75%Ni，10%～18%Cr，0.5%～2.5%Nb，余量為Fe和Mn、Mo、Ti以及不可避免的雜質；藥皮中含有20%～45%金屬碳酸鹽，10%～30%金屬氟化物，由硅酸鹽、硅酸鹽化合物和粘結劑中換算成的Si為1.0%～2.5%，而且，焊條中Si=焊芯中的Si+0.1（藥皮中的Si）≤0.5%，焊條中Nb=焊芯中的Nb+0.5（藥皮中的Nb）：1.5%～3.5%，焊條中Si+焊條中Nb≤3.15%。

1發明的內容

Ni是構成焊縫金屬的主要成分，形成奧氏體組織。為了確保極低溫狀態下焊縫金屬的拉伸性能、塑性、韌性等基本特性，Ni含量必須大于55%，如果是75%更為充分。因此，Ni含量為55%～75%。Cr是確保熔敷金屬抗拉強度的主要元素，為了滿足要求，必須大于10%，如果18%更好。因此，Cr含量為10%～18%。

焊縫金屬中含有一定量的Nb，不僅可以從藥皮中，而且還可以從焊芯中添加，這是發明的基本條件。Nb是降低焊縫金屬中氧含量，提高塑性和強度的有效成分，必須大于0.5%，超過2.5%時，在冷卻過程中Nb容易與C、S形成低熔點化合物。形成的低熔點化合物在晶界偏析，成為裂紋源，抗微裂紋性能惡化，CTOD特性惡化。因此，Nb含量控制在 0.5%～2.5%范圍。

藥皮組成的控制。金屬碳酸鹽高溫分解產生氣體，隔斷空氣侵入電弧中，由于保證了電弧氣氛是高堿性，防止降低焊縫金屬塑性和產生缺陷，熔渣有合適的粘度和流動性，確保優良的焊接工藝性能。所以，金屬碳酸鹽必須大于20%，超過45%時，脫渣性能和焊道外觀不好。因此，金屬碳酸鹽為20%～45%。金屬碳酸鹽是指碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鋰、碳酸錳、碳酸鎂等。

金屬氟化物與金屬碳酸鹽一樣，高溫分解產生氣體，隔斷空氣侵入電弧中，有效地降低焊縫金屬中的氧含量，提高塑性和韌性。此外還具有合適的熔渣粘度和流動性，確保了焊接工藝性能，有效改善脫渣性能。因此，金屬氟化物必須大于15%。超過30%時，電弧不穩定，焊接工藝性能惡化。因此，金屬氟化物15%～30%。金屬氟化物是指螢石、氟化鋁、氟化鎂、冰晶石、氟化鈉、氟化鋯、氟化鋰、氟化鋇和氟化鉀等。

藥皮中Si換算值的控制?？刂朴伤幤ぶ械氖?、硅灰石等硅酸鹽化合物及硅酸鈉和硅酸鉀粘結劑等中的SiO2換算成的Si是發明的基本條件之一。Si換算值對焊條脫渣性能有良好的影響。對于微裂紋，Si與焊縫金屬中的C、Nb容易形成低熔點化合物，是產生微裂紋的原因。為了獲得良好的脫渣性能，Si含量必須大于1.0%，超過2.5%時，抗微裂紋性能不好。因此，藥皮中的Si換算含量為1.0%～2.5%。

焊條中Si系數和Nb系數的控制。焊條的Si系數[焊芯中Si含量+0.1（藥皮中的Si含量）]與產生微裂紋有很大的關系，如圖1所示。Si系數大時容易產生微裂紋，系數大于0.5時，微裂紋增加，系數小時，有改善產生微裂紋的傾向。因此，焊條中Si系數控制在0.5以下。

焊條的Nb系數[焊芯中的Nb含量+0.5（藥皮中的Nb含量）]與產生微裂紋有很大的關系，如圖2所示。Nb系數大時容易產生微裂紋，系數大于3.5時，微裂紋增加，系數小時，產生微裂紋的傾向小。焊條中Nb系數對焊縫金屬的抗拉強度也有影響，如圖3所示。LNG和LEG儲罐焊接時，熔敷金屬抗拉強度要求大于660 N/mm2，為了滿足這個要求，Nb系數必須大于1.5，因此，焊條中Nb系數控制在1.5%～3.5%范圍。

控制焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和小于一定值是發明基本條件之一。焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和與抵抗塑性破壞特性（CTOD值）有關，如圖4所示。焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和超過3.15時，大幅度降低CTOD值。因此，焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和控制在3.15以下。

之和與CTOD特性的關系

焊芯中的Mo是有效提高強度的元素，過多添加降低塑性。因此，Mo含量最好為1.0%～4.5%。Ti有效降低焊縫金屬中氧含量，提高塑性，提高抗氣孔性能，過多添加時，抗裂性能惡化。因此，Ti含量最好為0.1%～0.5%。Mn是有效提高提高塑性的元素，添加過多時，韌性差，因此，Mn含量最好為0.9%～2.7%。

為了得到優質的焊縫金屬，藥皮中添加金屬Al、Fe-Al等脫氧劑，為了得到具有某些特性的焊縫金屬，添加適量金屬鉻、Fe-Cr、金屬錳、Fe-Mn、金屬鉬、Fe-Mo、金屬鎳、金屬鎢等金屬粉末，在藥皮中添加氧化鈦作為造渣劑，不損害發明的特征。但是，合金劑配比量過多時，焊縫金屬的成分容易不均勻，所以，添加量控制在30%以內。

2實施例

標記19焊條，由于藥皮中Si換算值高，焊條中Si系數高，抗微裂紋性能差；此外，由于焊條中Si系數與Nb系數之和高，CTOD特性差。標記20焊條，由于焊芯W11的Nb系數高，焊條中Nb系數高，抗微裂紋性能差；還由于焊條中Si系數與Nb系數之和高，CTOD特性差。標記21焊條，由于焊芯W12的Nb系數低，焊條中Nb系數低，抗拉強度低。

3發明的效果

如上的詳細敘述，提供了不損害焊接工藝性能，多層多道焊接時具有優良的抗微裂紋，而且抵抗塑性破壞特性優良的極低溫鋼用鎳基合金焊條。實際應用中取得了良好效果。

0發明概述

極低溫鋼焊接用鎳基合金焊條用于極低溫鋼建造的LNG、LEG等儲罐的焊接。鎳基合金焊縫金屬具有容易產生凝固裂紋、液化裂紋等熱裂紋（以下稱微裂紋）的特征。為了改進鎳基合金焊縫金屬的抗裂性能，在特開昭53-37555號公報中報道了使用Ni-Cr系焊芯，在焊芯或藥皮中添加Ta元素控制藥皮中含水量，來改善焊縫金屬微裂紋的焊條。

然而，由于近年來LNG和LEG需求的持續增加，隨著儲罐的大型化，使用40～50 mm的極厚板進行多層多道焊接施工建造儲罐。在這樣的多層多道焊接中，即使使用特開昭53-37555專利的改善抗微裂紋性能的焊條，在后道的熱影響區也產生微裂紋，抗裂性能不充分。此外，現在追求高品質、長壽命的儲罐，希望開發即使多層多道焊，也難以產生微裂紋，即使產生微裂紋時，微裂紋處也不產生龜裂，具有抵抗塑性龜裂擴展的特性，即研制了焊縫金屬CTOD特性優良的焊條。

為了解決上述課題，對焊芯和藥皮組成進行各種研究，焊條中不含有Si、Nb時，具有良好的抗微裂紋性能。但是，從焊縫金屬力學性能的觀點出發，為了確保焊縫金屬抗拉強度，焊條中的Nb不應過低。作為添加Nb的方法，從藥皮中添加比從焊芯中添加減少偏析，抗微裂紋效果更有效。為了具有良好的CTOD特性，認為焊條中Si、Nb含量控制到較低的程度為好。

注：①特開平10-235493根據上述的開發理念和見解，極低溫鋼焊接用鎳基合金焊條的特點如下。

Ni-Cr基合金焊芯中含有55%～75%Ni，10%～18%Cr，0.5%～2.5%Nb，余量為Fe和Mn、Mo、Ti以及不可避免的雜質；藥皮中含有20%～45%金屬碳酸鹽，10%～30%金屬氟化物，由硅酸鹽、硅酸鹽化合物和粘結劑中換算成的Si為1.0%～2.5%，而且，焊條中Si=焊芯中的Si+0.1（藥皮中的Si）≤0.5%，焊條中Nb=焊芯中的Nb+0.5（藥皮中的Nb）：1.5%～3.5%，焊條中Si+焊條中Nb≤3.15%。

1發明的內容

Ni是構成焊縫金屬的主要成分，形成奧氏體組織。為了確保極低溫狀態下焊縫金屬的拉伸性能、塑性、韌性等基本特性，Ni含量必須大于55%，如果是75%更為充分。因此，Ni含量為55%～75%。Cr是確保熔敷金屬抗拉強度的主要元素，為了滿足要求，必須大于10%，如果18%更好。因此，Cr含量為10%～18%。

焊縫金屬中含有一定量的Nb，不僅可以從藥皮中，而且還可以從焊芯中添加，這是發明的基本條件。Nb是降低焊縫金屬中氧含量，提高塑性和強度的有效成分，必須大于0.5%，超過2.5%時，在冷卻過程中Nb容易與C、S形成低熔點化合物。形成的低熔點化合物在晶界偏析，成為裂紋源，抗微裂紋性能惡化，CTOD特性惡化。因此，Nb含量控制在 0.5%～2.5%范圍。

藥皮組成的控制。金屬碳酸鹽高溫分解產生氣體，隔斷空氣侵入電弧中，由于保證了電弧氣氛是高堿性，防止降低焊縫金屬塑性和產生缺陷，熔渣有合適的粘度和流動性，確保優良的焊接工藝性能。所以，金屬碳酸鹽必須大于20%，超過45%時，脫渣性能和焊道外觀不好。因此，金屬碳酸鹽為20%～45%。金屬碳酸鹽是指碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鋰、碳酸錳、碳酸鎂等。

金屬氟化物與金屬碳酸鹽一樣，高溫分解產生氣體，隔斷空氣侵入電弧中，有效地降低焊縫金屬中的氧含量，提高塑性和韌性。此外還具有合適的熔渣粘度和流動性，確保了焊接工藝性能，有效改善脫渣性能。因此，金屬氟化物必須大于15%。超過30%時，電弧不穩定，焊接工藝性能惡化。因此，金屬氟化物15%～30%。金屬氟化物是指螢石、氟化鋁、氟化鎂、冰晶石、氟化鈉、氟化鋯、氟化鋰、氟化鋇和氟化鉀等。

藥皮中Si換算值的控制。控制由藥皮中的石英、硅灰石等硅酸鹽化合物及硅酸鈉和硅酸鉀粘結劑等中的SiO2換算成的Si是發明的基本條件之一。Si換算值對焊條脫渣性能有良好的影響。對于微裂紋，Si與焊縫金屬中的C、Nb容易形成低熔點化合物，是產生微裂紋的原因。為了獲得良好的脫渣性能，Si含量必須大于1.0%，超過2.5%時，抗微裂紋性能不好。因此，藥皮中的Si換算含量為1.0%～2.5%。

焊條中Si系數和Nb系數的控制。焊條的Si系數[焊芯中Si含量+0.1（藥皮中的Si含量）]與產生微裂紋有很大的關系，如圖1所示。Si系數大時容易產生微裂紋，系數大于0.5時，微裂紋增加，系數小時，有改善產生微裂紋的傾向。因此，焊條中Si系數控制在0.5以下。

焊條的Nb系數[焊芯中的Nb含量+0.5（藥皮中的Nb含量）]與產生微裂紋有很大的關系，如圖2所示。Nb系數大時容易產生微裂紋，系數大于3.5時，微裂紋增加，系數小時，產生微裂紋的傾向小。焊條中Nb系數對焊縫金屬的抗拉強度也有影響，如圖3所示。LNG和LEG儲罐焊接時，熔敷金屬抗拉強度要求大于660 N/mm2，為了滿足這個要求，Nb系數必須大于1.5，因此，焊條中Nb系數控制在1.5%～3.5%范圍。

控制焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和小于一定值是發明基本條件之一。焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和與抵抗塑性破壞特性（CTOD值）有關，如圖4所示。焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和超過3.15時，大幅度降低CTOD值。因此，焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和控制在3.15以下。

之和與CTOD特性的關系

焊芯中的Mo是有效提高強度的元素，過多添加降低塑性。因此，Mo含量最好為1.0%～4.5%。Ti有效降低焊縫金屬中氧含量，提高塑性，提高抗氣孔性能，過多添加時，抗裂性能惡化。因此，Ti含量最好為0.1%～0.5%。Mn是有效提高提高塑性的元素，添加過多時，韌性差，因此，Mn含量最好為0.9%～2.7%。

為了得到優質的焊縫金屬，藥皮中添加金屬Al、Fe-Al等脫氧劑，為了得到具有某些特性的焊縫金屬，添加適量金屬鉻、Fe-Cr、金屬錳、Fe-Mn、金屬鉬、Fe-Mo、金屬鎳、金屬鎢等金屬粉末，在藥皮中添加氧化鈦作為造渣劑，不損害發明的特征。但是，合金劑配比量過多時，焊縫金屬的成分容易不均勻，所以，添加量控制在30%以內。

2實施例

標記19焊條，由于藥皮中Si換算值高，焊條中Si系數高，抗微裂紋性能差；此外，由于焊條中Si系數與Nb系數之和高，CTOD特性差。標記20焊條，由于焊芯W11的Nb系數高，焊條中Nb系數高，抗微裂紋性能差；還由于焊條中Si系數與Nb系數之和高，CTOD特性差。標記21焊條，由于焊芯W12的Nb系數低，焊條中Nb系數低，抗拉強度低。

3發明的效果

如上的詳細敘述，提供了不損害焊接工藝性能，多層多道焊接時具有優良的抗微裂紋，而且抵抗塑性破壞特性優良的極低溫鋼用鎳基合金焊條。實際應用中取得了良好效果。

0發明概述

極低溫鋼焊接用鎳基合金焊條用于極低溫鋼建造的LNG、LEG等儲罐的焊接。鎳基合金焊縫金屬具有容易產生凝固裂紋、液化裂紋等熱裂紋（以下稱微裂紋）的特征。為了改進鎳基合金焊縫金屬的抗裂性能，在特開昭53-37555號公報中報道了使用Ni-Cr系焊芯，在焊芯或藥皮中添加Ta元素控制藥皮中含水量，來改善焊縫金屬微裂紋的焊條。

然而，由于近年來LNG和LEG需求的持續增加，隨著儲罐的大型化，使用40～50 mm的極厚板進行多層多道焊接施工建造儲罐。在這樣的多層多道焊接中，即使使用特開昭53-37555專利的改善抗微裂紋性能的焊條，在后道的熱影響區也產生微裂紋，抗裂性能不充分。此外，現在追求高品質、長壽命的儲罐，希望開發即使多層多道焊，也難以產生微裂紋，即使產生微裂紋時，微裂紋處也不產生龜裂，具有抵抗塑性龜裂擴展的特性，即研制了焊縫金屬CTOD特性優良的焊條。

為了解決上述課題，對焊芯和藥皮組成進行各種研究，焊條中不含有Si、Nb時，具有良好的抗微裂紋性能。但是，從焊縫金屬力學性能的觀點出發，為了確保焊縫金屬抗拉強度，焊條中的Nb不應過低。作為添加Nb的方法，從藥皮中添加比從焊芯中添加減少偏析，抗微裂紋效果更有效。為了具有良好的CTOD特性，認為焊條中Si、Nb含量控制到較低的程度為好。

注：①特開平10-235493根據上述的開發理念和見解，極低溫鋼焊接用鎳基合金焊條的特點如下。

Ni-Cr基合金焊芯中含有55%～75%Ni，10%～18%Cr，0.5%～2.5%Nb，余量為Fe和Mn、Mo、Ti以及不可避免的雜質；藥皮中含有20%～45%金屬碳酸鹽，10%～30%金屬氟化物，由硅酸鹽、硅酸鹽化合物和粘結劑中換算成的Si為1.0%～2.5%，而且，焊條中Si=焊芯中的Si+0.1（藥皮中的Si）≤0.5%，焊條中Nb=焊芯中的Nb+0.5（藥皮中的Nb）：1.5%～3.5%，焊條中Si+焊條中Nb≤3.15%。

1發明的內容

Ni是構成焊縫金屬的主要成分，形成奧氏體組織。為了確保極低溫狀態下焊縫金屬的拉伸性能、塑性、韌性等基本特性，Ni含量必須大于55%，如果是75%更為充分。因此，Ni含量為55%～75%。Cr是確保熔敷金屬抗拉強度的主要元素，為了滿足要求，必須大于10%，如果18%更好。因此，Cr含量為10%～18%。

焊縫金屬中含有一定量的Nb，不僅可以從藥皮中，而且還可以從焊芯中添加，這是發明的基本條件。Nb是降低焊縫金屬中氧含量，提高塑性和強度的有效成分，必須大于0.5%，超過2.5%時，在冷卻過程中Nb容易與C、S形成低熔點化合物。形成的低熔點化合物在晶界偏析，成為裂紋源，抗微裂紋性能惡化，CTOD特性惡化。因此，Nb含量控制在 0.5%～2.5%范圍。

藥皮組成的控制。金屬碳酸鹽高溫分解產生氣體，隔斷空氣侵入電弧中，由于保證了電弧氣氛是高堿性，防止降低焊縫金屬塑性和產生缺陷，熔渣有合適的粘度和流動性，確保優良的焊接工藝性能。所以，金屬碳酸鹽必須大于20%，超過45%時，脫渣性能和焊道外觀不好。因此，金屬碳酸鹽為20%～45%。金屬碳酸鹽是指碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鋰、碳酸錳、碳酸鎂等。

金屬氟化物與金屬碳酸鹽一樣，高溫分解產生氣體，隔斷空氣侵入電弧中，有效地降低焊縫金屬中的氧含量，提高塑性和韌性。此外還具有合適的熔渣粘度和流動性，確保了焊接工藝性能，有效改善脫渣性能。因此，金屬氟化物必須大于15%。超過30%時，電弧不穩定，焊接工藝性能惡化。因此，金屬氟化物15%～30%。金屬氟化物是指螢石、氟化鋁、氟化鎂、冰晶石、氟化鈉、氟化鋯、氟化鋰、氟化鋇和氟化鉀等。

藥皮中Si換算值的控制?？刂朴伤幤ぶ械氖ⅰ⒐杌沂裙杷猁}化合物及硅酸鈉和硅酸鉀粘結劑等中的SiO2換算成的Si是發明的基本條件之一。Si換算值對焊條脫渣性能有良好的影響。對于微裂紋，Si與焊縫金屬中的C、Nb容易形成低熔點化合物，是產生微裂紋的原因。為了獲得良好的脫渣性能，Si含量必須大于1.0%，超過2.5%時，抗微裂紋性能不好。因此，藥皮中的Si換算含量為1.0%～2.5%。

焊條中Si系數和Nb系數的控制。焊條的Si系數[焊芯中Si含量+0.1（藥皮中的Si含量）]與產生微裂紋有很大的關系，如圖1所示。Si系數大時容易產生微裂紋，系數大于0.5時，微裂紋增加，系數小時，有改善產生微裂紋的傾向。因此，焊條中Si系數控制在0.5以下。

焊條的Nb系數[焊芯中的Nb含量+0.5（藥皮中的Nb含量）]與產生微裂紋有很大的關系，如圖2所示。Nb系數大時容易產生微裂紋，系數大于3.5時，微裂紋增加，系數小時，產生微裂紋的傾向小。焊條中Nb系數對焊縫金屬的抗拉強度也有影響，如圖3所示。LNG和LEG儲罐焊接時，熔敷金屬抗拉強度要求大于660 N/mm2，為了滿足這個要求，Nb系數必須大于1.5，因此，焊條中Nb系數控制在1.5%～3.5%范圍。

控制焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和小于一定值是發明基本條件之一。焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和與抵抗塑性破壞特性（CTOD值）有關，如圖4所示。焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和超過3.15時，大幅度降低CTOD值。因此，焊條中Si系數與焊條中Nb系數之和控制在3.15以下。

之和與CTOD特性的關系

焊芯中的Mo是有效提高強度的元素，過多添加降低塑性。因此，Mo含量最好為1.0%～4.5%。Ti有效降低焊縫金屬中氧含量，提高塑性，提高抗氣孔性能，過多添加時，抗裂性能惡化。因此，Ti含量最好為0.1%～0.5%。Mn是有效提高提高塑性的元素，添加過多時，韌性差，因此，Mn含量最好為0.9%～2.7%。

為了得到優質的焊縫金屬，藥皮中添加金屬Al、Fe-Al等脫氧劑，為了得到具有某些特性的焊縫金屬，添加適量金屬鉻、Fe-Cr、金屬錳、Fe-Mn、金屬鉬、Fe-Mo、金屬鎳、金屬鎢等金屬粉末，在藥皮中添加氧化鈦作為造渣劑，不損害發明的特征。但是，合金劑配比量過多時，焊縫金屬的成分容易不均勻，所以，添加量控制在30%以內。

2實施例

標記19焊條，由于藥皮中Si換算值高，焊條中Si系數高，抗微裂紋性能差；此外，由于焊條中Si系數與Nb系數之和高，CTOD特性差。標記20焊條，由于焊芯W11的Nb系數高，焊條中Nb系數高，抗微裂紋性能差；還由于焊條中Si系數與Nb系數之和高，CTOD特性差。標記21焊條，由于焊芯W12的Nb系數低，焊條中Nb系數低，抗拉強度低。

3發明的效果

如上的詳細敘述，提供了不損害焊接工藝性能，多層多道焊接時具有優良的抗微裂紋，而且抵抗塑性破壞特性優良的極低溫鋼用鎳基合金焊條。實際應用中取得了良好效果。