一種海洋工程用氣保護(hù)焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海洋工程用氣保護(hù)焊絲，適用于屈 服強(qiáng)度為460MPa級(jí)以上海洋工程用高強(qiáng)度鋼焊接工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于海洋工程裝備工作環(huán)境的惡劣，對(duì)海洋工程裝備用鋼及其配套材料的要求較 高，高強(qiáng)鋼焊接材料缺失制約我國(guó)海洋工程裝備行業(yè)發(fā)展，迫切需要開展海洋工程用高強(qiáng) 鋼配套焊接材料系列化研究及工程化應(yīng)用研究。
[0003] 而海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)高強(qiáng)鋼除要求具有高的強(qiáng)度外，還要求具有優(yōu)良的沖擊韌性、焊 接性能、裂紋尖端張開位移(CT0D)等特殊性能，特別是特厚板還要求在板厚中心部位具有 高的強(qiáng)度和低溫韌性。
[0004] 因此，為了獲得以上特殊性能，海洋平臺(tái)用鋼在成分設(shè)計(jì)上，在普通的C-Mn鋼基礎(chǔ) 上，通過Ti、V等元素的微合金化及Mo、B、Cr等元素，以獲得良好的回火組織和一定的淬透 性，為保證低溫韌性，加入一定量的Ni。通過合金元素及生產(chǎn)過程中的調(diào)質(zhì)等熱處理過程， 充分利用晶粒細(xì)化、相變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等機(jī)制，從而獲得具有高強(qiáng)、高韌性并滿足特殊性 能要求的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)用鋼，其屈服強(qiáng)度達(dá)到460MPa級(jí)以上。
[0005] 然而，對(duì)于海洋工程結(jié)構(gòu)用焊接材料需突破超低氫控制、低溫韌性控制、良好的焊 接性和耐腐蝕性、抗疲勞性能等幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。而現(xiàn)有的海洋工程用的氣保護(hù)焊絲中尚未 公開可適用于強(qiáng)度為460MPa級(jí)以上的海洋工程專用氣保護(hù)焊絲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種海洋工程用氣保護(hù)焊絲，其具有優(yōu)良的沖擊韌 性、焊接性能、耐腐蝕以及抗疲勞性能、裂紋尖端張開位移(CT0D)等特殊性能，且在特厚板 的板厚中心部位具有較高的強(qiáng)度和低溫韌性，能與460MPa級(jí)以上的海洋工程用鋼配套焊 接。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種海洋工程用氣保護(hù)焊絲，包括按質(zhì)量百分比 計(jì)的如下組分組成：C:0.09~0· 13%，Μη:0·8~1.4%，Si :0.35~1.20%，Cr:0.08~ 0.20%，Ni:0.6~1.3%，Μ〇:0·1 ~0.4%，V:0.01 ~0.03%，Cu:0.20~0.25%，S<0.015%， P< 0.025%，Ti :0.06%~0.20%，Β:0·002%~0.008%，余量為Fe。
[0008] 其中，所述Ti與B的質(zhì)量比為20~23。
[0009] 作為優(yōu)選的，本發(fā)明海洋工程用氣保護(hù)焊絲包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下組分組 成：C:0.13%，Mn: 1.4%，Si : 1.20%，Cr:0.20%，Ni : 1.3%，M〇:0.4%，V:0.03%，Cu: 0.25%，S:0.002%，Ρ:0·010%，Ti :0.20%，Β:0.008%，余量為Fe。
[0010] 作為優(yōu)選的，本發(fā)明海洋工程用氣保護(hù)焊絲包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下組分組 成：C:0.11%，Mn :1.2%，Si:0.7%，Cr:0.15%，Ni:1.0%，Mo :0.25%，V:0.02%，Cu: 0.25%，S:0.0015%，Ρ:0·008%，Ti :0.15%，B:0.005%，余量為Fe。
[0011] 所述焊絲熔敷金屬力學(xué)性能如下：屈服強(qiáng)度ReL為480~520MPa，抗拉強(qiáng)度Rm為550 ~640MPa，延伸率A為24~28%，在-40°C的沖擊功KV2為125~145J。
[0012] 該焊絲適用于460MPa級(jí)以上海洋工程用高強(qiáng)度鋼的焊接。
[0013] 本發(fā)明海洋工程用氣保護(hù)焊絲的主要組分含量及其作用如下：
[0014] 適量的C可保證焊縫金屬具有一定強(qiáng)韌度和良好的淬透性，但是含量過高則可焊 性差，飛濺大，焊接工藝性能差;含量過低時(shí)，焊縫強(qiáng)度低，達(dá)不到焊縫力學(xué)性能要求。因此， 在本配方體系中，綜合考慮焊縫強(qiáng)度、韌性及可焊性，C的成分范圍為0.09~0.13%，當(dāng)C含 量低于0.09 %時(shí)易造成焊縫強(qiáng)度不夠，C含量高于0.13 %時(shí)可焊性極差。
[0015] Μη也是保證焊絲強(qiáng)度的主要元素之一，適量的Μη可改善焊接性能，并增加焊縫強(qiáng) 度以及耐磨損性能，還可推遲奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度，有助于焊縫生成紋理結(jié)構(gòu)，提高低溫沖擊 韌性；同時(shí)，適量的Μη與Si起著聯(lián)合脫氧的作用，避免焊縫中產(chǎn)生氣孔等缺陷。在本配方體 系中，Μη含量高于1.4%時(shí)，Μη出現(xiàn)偏析，偏析區(qū)產(chǎn)生Μ-A島狀組織，從而降低焊縫金屬的韌 性;Μη含量低于0.8%時(shí)，焊縫強(qiáng)度不夠，因此，Μη的成分范圍為0.8~1.4%。
[0016] Si與Μη聯(lián)合脫氧，保證焊縫質(zhì)量。在本配方體系中，Si含量高于1.2%時(shí)，焊接時(shí)焊 渣較多，使得引弧不良；Si含量低于0.35%時(shí)，脫氧不足，容易形成氣孔，因此，Si的成分范 圍為 0.35 ~1.20%。
[0017] Cr起著保證焊縫強(qiáng)度的輔助作用，適量的Cr可以極大的促進(jìn)焊縫強(qiáng)度。加入Cr元 素，提高焊縫金屬的淬透性，抑制先共折鐵素體的形成促進(jìn)針狀鐵素體的形成，它們的加入 可以降低針狀鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度，從而使焊縫金屬具有較高的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)還具有良好 的低溫沖擊韌性。然而，過高的Cr一方面增加了焊絲成本，同時(shí)，過高的Cr使得焊接工藝性 能變差，飛濺增加。因此，在本配方體系中，Cr含量控制在0.08~0.20 %之間。
[0018] Ni、Cu為耐候性元素，Ni是最好的韌化組元，作為合金元素能夠顯著改善焊縫金屬 的低溫韌性，且Ni的加入可以平衡Cr帶來的韌性損失。在本配方體系中，Ni含量為0.6~ 1.3%〇
[0019] Cu不僅可以固深強(qiáng)化焊縫金屬，而且提高了焊縫金屬的耐腐蝕性能，但Cu元素含 量過高會(huì)降低焊接的電弧穩(wěn)定性，并在焊接中易產(chǎn)生高溫裂紋，因此，在本配方體系中，Cu 含量控制在〇. 20 %~0.25 %之間。
[0020] Mo對(duì)鐵素體有固然強(qiáng)化作用，提高焊縫強(qiáng)度，同時(shí)Mo對(duì)改善鋼的延展性、韌性以及 耐腐蝕性起到有利作用，因此，考慮其綜合影響，Mo的成分范圍為0.1~0.4%。
[0021] 適量的Ti主要起穩(wěn)弧的作用，微量的B與Ti元素搭配，形成Ti-B細(xì)晶粒強(qiáng)化組合， 形成穩(wěn)定的機(jī)械性能。
[0022] S、P作為雜質(zhì)元素，含量偏高時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響焊縫金屬的韌性，應(yīng)盡量降低。
[0023] V起著保證焊縫強(qiáng)度的輔助作用，適量的V可以保證焊縫強(qiáng)度，在本配方體系中，V 含量為0.01~0.03%。
[0024] 本發(fā)明海洋工程用氣保護(hù)焊絲的制備過程為采用轉(zhuǎn)爐煉鋼，經(jīng)脫氧合金化后，冶 煉出成分符合要求的鋼水，鋼水經(jīng)品種鑄機(jī)全保護(hù)澆鑄成連鑄坯，連鑄坯經(jīng)高速無扭乳機(jī) 乳制成Φ 6.5mm的盤條，盤條經(jīng)剝殼、酸洗、涂硼砂、拔絲、鍍銅制成Φ 1.2mm成品焊絲。
[0025] 與現(xiàn)有的海洋工程用氣保護(hù)焊絲相比，本發(fā)明的有益效果：
[0026] (1)本發(fā)明提供的這種海洋工程用氣保護(hù)焊絲綜合考慮焊絲與被焊鋼板的成分匹 配，以及保護(hù)氣體對(duì)合金元素?zé)龘p與過渡的影響，以Ni-Cu耐蝕合金體系作為基礎(chǔ)合金體 系，考慮其強(qiáng)韌性與耐海水腐蝕性能以及對(duì)雜質(zhì)元素的控制，脫氧方式的選擇等，使得該氣 保護(hù)焊絲具有良好的耐海水腐蝕性能。
[0027] (2)本發(fā)明提供的這種海洋工程用氣保護(hù)焊絲采用微量的B與Ti元素，以及控制兩 者的含量比例，形成Ti-B細(xì)晶粒強(qiáng)化組合，提高焊絲的機(jī)械性能。
[0028] (3)本發(fā)明提供的這種海洋工程用氣保護(hù)焊絲具有良好的焊接接頭整體抗裂性 能，CT0D值高，且在特厚板的使用條件下具有穩(wěn)定的低溫沖擊韌性。
[0029] (4)本發(fā)明提供的這種海洋工程用氣保護(hù)焊絲符合海洋工程用鋼焊接要求，適用 于460MPa級(jí)以上海洋工程用高強(qiáng)度鋼的氣保護(hù)焊接，該焊絲產(chǎn)品的附加值及收益率高。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 實(shí)施例1:
[0031] 本實(shí)施例具體提供了一種海洋工程用氣保護(hù)焊絲，按質(zhì)量百分比選用如下組分： C：0.09%,Mn：0.8%,Si：0.35%,Cr：0.08%,Ni：0.6%,Mo：0.1%,V：0.01%,Cu：0.20%,S： 0.002 %，P: 0.008 %，Ti : 0.06 %，B: 0.002 %，余量為Fe。本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐煉鋼，經(jīng)脫氧合金 化后，冶煉出成分符合要求的鋼水，鋼水經(jīng)品種鑄機(jī)全保護(hù)澆鑄成連鑄坯，連鑄坯經(jīng)高速無 扭乳機(jī)乳制成Φ 6.5mm的盤條，盤條再經(jīng)剝殼一酸洗一涂硼砂一拔絲一鍍銅制成Φ 1.2mm成 品焊絲。
[0032]采用本實(shí)施例制得的焊絲配80%Ar+20%TOd^氣體進(jìn)行熔敷金屬性能試驗(yàn)，其 中，試板母材:Q460E，焊接試板厚20mm，坡□形式為20°，底面間隙16mm，具體的焊接規(guī)范為： 焊接電流240A，電弧電壓28V，焊接速度38cm/min，層溫為150°C。焊后取熔敷金屬的拉伸試 樣和沖擊試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
[0033]采用本實(shí)施例制得的焊絲配80%Ar+20%TOd^氣體進(jìn)行熔敷金屬性能試驗(yàn)，其 中，試板母材Q460E，焊接試板厚60mm，坡口形式為X型對(duì)接，間隙2mm，具體的焊接規(guī)范為:焊 接電流220~240A，電弧電壓28V，焊接速度38cm/min，層溫為150°C。焊后進(jìn)行焊縫中心沖擊 試驗(yàn)、CT0D試驗(yàn)和焊接接頭周浸試驗(yàn)，焊縫中心沖擊試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，CT0D試驗(yàn)結(jié)果如 表3所示，焊接接頭按GB/T 19746-2005進(jìn)行焊接接頭周浸試驗(yàn)，周浸腐蝕試驗(yàn)后，去除腐蝕 產(chǎn)物后，經(jīng)觀察比較，接頭試樣的試樣熱影響區(qū)、融合區(qū)與母材的腐蝕程度接近，焊縫區(qū)的 腐蝕程度比母材略輕，接頭耐腐蝕性能良好。
[0034] 實(shí)施例2:
[0035] 本實(shí)施例提供了一種海洋工程用氣保護(hù)焊絲，按質(zhì)量百分比選用如下組分：C: 0.13%,Mn：1.4% ,Si：1.20%,Cr：0.20% ,Ni：1.3%,Mo：0.4% ,V：0.03%,Cu：0.25% ,S： 0.002%，？:0.010%，11:0.20%，8:0.008%，余量為？6。本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐煉鋼，經(jīng)脫氧合金 化后，冶煉出成分符合要求的鋼水，鋼水經(jīng)品種鑄機(jī)全保護(hù)澆鑄成連鑄坯，連鑄坯經(jīng)高速無 扭乳機(jī)乳制成Φ 6.5mm的盤條，盤條再經(jīng)剝殼一酸洗一涂硼砂一拔絲一鍍銅制成Φ 1.2mm成 品焊絲。
[0036] 采用本實(shí)施例制得的焊絲配80%Ar+20%TOd^氣體進(jìn)行熔敷金屬性能試驗(yàn)，其 中，