海洋工程用高强度高韧性耐海水腐蚀焊条的制作方法

文档序号:9571885
海洋工程用高强度高韧性耐海水腐蚀焊条的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接工程,尤其是应用于半潜式海洋石油平台、自升式钻井平台粧腿中升降系统、悬臂、齿条板对齿条板、半圆板对半圆板的应用。也可用于同级别强度的海洋工程船舶、海洋输油管道以及核电等高强度耐海水腐蚀设备制造领域,具体涉及一种海洋工程用高强度高韧性耐海水腐蚀焊条。
【背景技术】
[0002]国内钢铁企业在石油化工、海洋工程装备等大厚度(10mm)TMCP高性能钢研究方面已经取得极大突破,焊接材料厂家在焊材的杂质元素控制方面尚未突破关键技术,还未开发出该类先进焊接材料。高纯度、高强度、超低氢、高韧性、耐腐蚀的海洋工程焊接材料研制难度较大,是焊材研发领域的高新技术。目前,国内应用在海洋工程装备上的高强度、耐腐蚀焊条主要还依赖国外进口,国内产品基本处于研发状态。另外,针对焊接材料的研究,主要集中在与母材的等强匹配,常规力学性能研究及焊接工艺评定方面,而且焊接材料的配比也大都采用传统的经验方法,并没有深入的进行研究。事实上,整个海洋装备的失效往往是从焊接结构开始,而焊接结构最薄弱的部位又在焊接接头,焊接接头组织及力学性能的不均匀性、焊接接头残余应力等将会造成整个焊接结构的破坏。
[0003]新世纪以来,我国海洋工程装备制造业发展取得了长足进步,特别是海洋油气开发装备具备了较好的发展基础,在环渤海地区、长三角地区、珠三角地区初步形成了具有一定集聚度的产业区,涌现出一批具有竞争力的企业(集团)。目前,我国已基本实现浅水油气装备的自主设计建造,部分海洋工程船舶已形成品牌,深海装备制造取得一定突破。但是,与世界先进水平相比,产业发展仍处于幼稚期,经济规模和市场份额小,研发设计和创新能力薄弱,核心技术依赖国外,尚未形成具有较强国际竞争力的专业化制造能力,基本处于产业链的低端,配套能力严重不足,核心设备和系统主要依靠进口,产业体系不健全,相关服务业发展滞后。
[0004]海洋工程中焊接材料首先必须要有好的抗海水腐蚀性能,另外要求焊缝金属裂纹敏感性小,保证满足高强度要求,提高焊缝金属和热影响区的韧性以及较低的稀释率。海洋平台为了减轻自重并承担高压,一般都采用低合金高强钢,因此焊材的设计也应满足低合金高强高韧性的要求。另外,海洋工程焊接结构长期在低温海水中服役,要求焊道扩散氢含量较低,以防止氢致延迟裂纹,还要求焊材具有好的抗低温冲击韧性的要求。在这方面,昆山京群焊材科技有限公司开发了 50?10kg级别的焊材。天津市金桥焊材集团有限公司开发了 J607RH、J707RH及J807RH焊条高强度高韧性焊条,扩散氢含量3.65ml/100g,但是并没有研究其抗腐蚀性能、低温韧性及在海洋工程方面的应用。
[0005]洛阳船舶材料研究所针对船体用钢lOCrSiNiCu,研制了与之配套的超低氢高韧性焊条,并对其常规力学性能、抗裂性、耐海水腐蚀性等进行了研究,屈服强度可达到470MPa左右,但还不能应用于更高强级别钢的焊接中。武汉铁锚焊接材料股份有限公司研制了超低氢高韧性CJ807RH焊条,并对其力学性能及焊接工艺进行了分析,但是并未对其能否适应海洋平台钢结构工况特点进行分析。
[0006]国内一些企业及科研院所虽然研制了不同系列的超低氢高韧性焊条,但是并未对其进行深入的研究,尤其是并未结合深水海洋平台用钢的实际使用工况,从抗海水腐蚀、超低氢、焊接接头局部力学性能评价,高强高韧性、高纯净度等方面综合进行分析。

【发明内容】

[0007]本发明克服了现有技术的不足,提供一种海洋工程用高强度高韧性耐海水腐蚀焊条。
[0008]为解决上述的技术问题,本发明采用以下技术方案:
[0009]—种海洋工程用高强度高韧性耐海水腐蚀焊条,所述焊条的熔敷金属的成分按重量份数计算包括:C:不大于0.05份,S1:不大于0.60份,Μη: 1.30?1.80份,Cr:0.25?0.40 份,Ni:2.20 ?2.80 份,Mo:0.35 ?0.55 份,Cu:0.15 ?0.40 份,S:不大于 0.006份,P:不大于0.010份,Re不大于0.005份。
[0010]更进一步的技术方案是焊缝金属典型化学成分按重量份数计算包括:C:0.042份,Si:0.35 份,Μη:1.56 份,Cr:0.31 份,N1:2.55 份,Mo:0.42 份,Cu:0.27 份,S:0.004份,P:0.009 份,Re:0.001 至 0.003 份。
[0011]更进一步的技术方案是焊条的焊芯成分按重量份数计算包括:C:不大于0.050份,S1:不大于0.050份,Mn:0.40?0.60份,Cr不大于0.05份:N1:不大于0.05份,Mo:不大于0.05份,Cu:不大于0.05份,S:不大于0.006份,P:不大于0.006份,As不大于0.001 份。
[0012]更进一步的技术方案是焊条直径为2.5?5.0mm。
[0013]更进一步的技术方案是焊条直径为2.5mm或3.2mm或4.0mm或5.0mm。
[0014]更进一步的技术方案是焊条采用碱性渣系并且以Cr-N1-Mo-Cu-Re合金过渡的超低氢焊条。
[0015]与现有技术相比,本发明的有益效果是:采用本发明技术对海洋工程SOOMPa高强度钢材进行焊接时预热温度可降至50°C ;焊条药皮耐吸潮好,焊趾光滑,可进行全位置焊接。焊缝金属强度高(Rm多780MPa)、扩散氢含量低,冷裂纹敏感性小,_60°C低温冲击Kv2可达70J以上,具有极低的S、P杂质含量和优异的耐海水腐蚀性能。
【具体实施方式】
[0016]本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
[0017]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0018]下面结合实施例对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。
[0019]根据本发明的一个实施例,本实施例一种高韧性耐海水腐蚀的高强度海洋工程用焊条XY-J80HG,在50°C预热温度下进行50?130mm海洋工程800MPa级高强钢的焊接。本实施例焊条采用碱性渣系并且以Cr-N1-Mo-Cu-Re合金过渡的超低氢焊条;通过焊芯精炼和药皮粉料的特殊处理工艺得到冶金纯度极高的熔敷金属;少量Cu富集于奥氏体并提高其低温稳定性;微量稀土元素的添加可细化晶粒、改变夹杂物形貌及尺寸,提高焊缝金属-60°C低温韧性。超低碳含量以及极低扩散氢含量在厚板焊接时能有效降低预热温度,避免延迟裂纹,提高焊缝安全可靠性。
[0020]具体为,本实施例中焊条的熔敷金属的成分范围为:C:兰0.05%, Si 0.60%,Mn: 1.30 ?1.80 %,Cr:0.25 ?0.40 %,N1:2.20 ?2.80 %,Mo:0.35 ?0.55 %,Cu:0.15 ?0.40% , S 0.006%, P:刍 0.010%, Re ^ 0.005%。
[0021]本实施例利用相图计算和合金优化设计得到高强度、高韧性的合理匹配的低合金高强钢焊条,焊缝金属强度高(R
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