本发明属于材料加工领域，尤其涉及海洋平台用高锰高强韧中厚板气保焊焊丝及其焊接工艺。
背景技术：
海洋平台是由钢结构焊接而成，其中高强钢所占比例高达60％～90％，如何使高强钢在合金设计上实现减量化，将会大大降低海洋平台的建设成本。国内现有的690MPa级高强钢均采用添加大量的Ni、Mo等贵重合金元素，如能通过合金设计，实现“以Mn/C代Ni”的成分设计思路，可以大幅度降低成本。首先，Mn是一种强奥氏体稳定元素，其价格只是Ni的1/5～1/20，其次，高Mn钢具有优异的强度和塑性的综合性能以及优异的低温韧性，同时，由于奥氏体相的稳定性，使得其焊接性能也十分优异。高Mn钢本身的优异综合性能可以解决目前海洋平台用690MPa级超高强钢的低温韧性差、高屈强比和焊接性能差等问题，能够满足未来深海和极地海洋平台对超高强钢安全性能和建造成本需求，这也是今后高强、高韧海洋平台用钢的重要发展方向。目前，以东北大学为首的科研团队已经开发出新型“Mn/C”合金化690MPa级海洋平台用高锰钢中厚板。
“Mn/C”合金化的海洋平台用中厚板作为一种新的海洋平台用钢，需要全新的焊接材料和焊接工艺。目前，国内没有适用于屈服强度为690MPa级海洋平台用高锰高强韧中厚板用气保焊丝。因此，亟待开发出一种满足690MPa级海洋平台用高锰高强韧中厚板性能要求的气保焊焊丝。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种海洋平台用高锰高强韧中厚板气保焊焊丝，焊丝所得焊接接头具有良好的耐腐蚀性能，且综合性能良好，尤其是低温冲击韧性。
本发明的另一个目的是提供一种海洋平台用高锰高强韧中厚板气保焊焊丝焊接工艺。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种海洋平台用高锰高强韧中厚板气保焊焊丝，该焊丝的化学成分按质量百分比表示为：C 0.01％～0.10％，Si+Mn 1.0％～3.0％，Ni 1.5％～3.0％，Mo 0.1％～0.8％，Cr≤0.20％，Al 0.003％～0.01％，Ti 0.01％～0.1％，P≤0.015％，S≤0.01％，Ce 0.03％～0.06％，余量为Fe和杂质。
优选地，该焊丝的化学成分按质量百分比表示为：C 0.01％～0.10％，Si+Mn 1.45％～3.0％，Ni 1.5％～3.0％，Mo 0.1％～0.8％，Cr 0.01％～0.20％，Al 0.003％～0.01％，Ti 0.01％～0.1％，P 0.005％～0.009％，S 0.02％～0.09％，Ce 0.03％～0.06％，余量为Fe和杂质。
所述焊丝适用屈服强度为690MPa级海洋平台用高锰高强韧中厚板的焊接，同时也适用于屈服强度级别在690MPa以上的低合金高强钢焊接。
所述焊丝通过冶炼、轧制、热处理和拉拔工艺制备。
采用所述焊丝焊接的焊缝具有如下金属力学性能：抗拉强度850～920Rm/MPa；屈服强度695～735Rp0.2/MPa；断面收缩率20～22Z/％；延伸率68～75A/％；冲击吸收功103～160Akv-40℃/J。
采用所述焊丝焊接的焊缝金属的耐蚀性与母材相当。
本发明提供一种根据所述的海洋平台用高锰高强韧中厚板气保焊焊丝的焊接工艺，在热输入为10～25kJ的条件下，采用熔化极气体保护焊进行试板焊接，保护气体为80％Ar+20％CO2混合气体，层间温度小于150℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明焊丝适用屈服强度为690MPa级海洋平台用高锰高强韧中厚板的焊接，焊丝所得熔敷金属和焊接接头具有良好的耐腐蚀性能，且综合性能良好，尤其是低温冲击韧性。
2)本发明焊丝同样适用于强度级别在690MPa以上的低合金高强钢焊接。
3)本发明焊丝具有优良的焊接工艺性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
本发明一种海洋平台用高锰高强韧中厚板气保焊焊丝，其化学成分按质量百分比表示为：C 0.01％～0.10％，Si+Mn 1.0％～3.0％，Ni 1.5％～3.0％，Mo 0.1％～0.8％，Cr≤0.20％，Al 0.003％～0.01％，Ti 0.01％～0.1％，P≤0.015％，S≤0.01％，Ce 0.03％～0.06％，余量为Fe和杂质。
本发明焊丝适用屈服强度为690MPa级海洋平台用高锰高强韧中厚板的焊接，同时也适用于屈服强度级别在690MPa以上的低合金高强钢焊接。
本发明焊丝通过冶炼、轧制、热处理和拉拔工艺制备。
采用本发明焊丝焊接的焊缝具有如下金属力学性能：抗拉强度850～920Rm/MPa；屈服强度695～735Rp0.2/MPa；断面收缩率20～22Z/％；延伸率68～75A/％；冲击吸收功103～160Akv-40℃/J。
采用本发明焊丝焊接的焊缝金属的耐蚀性与母材相当。
为了保证焊丝的强度，必须加入一定量的碳，但碳含量较高将会对韧性和耐腐蚀性能产生不利影响，故本焊丝碳含量范围选择0.01％～0.10％。
采用Ni提高焊缝的低温冲击韧性，降低韧脆转变温度。为了保证焊缝金属具有一定的塑韧性，应加入适量镍，本发明镍含量选择1.5％～3.0％。
Cr可以提高钢材耐蚀性能，但含量过高，韧性会急剧下降。综合考虑其对力学性能和耐蚀性的影响，Cr的合理范围是≤0.20％。
Mo可以细化晶粒，提高强度和塑性。此外，Mo能有效提高钢材的耐蚀性能。本发明Mo的范围是0.1％～0.8％。
S和P的含量较低，主要是为了保证熔敷金属具有高的低温冲击韧性、塑性和抗裂性。本发明P、S含量选择分别为不大于0.015％和不大于0.01％。
采用Mn-Si复合脱氧，Mn-Si在合适的范围内可以满足焊接抗气孔性能，并且获得焊缝强韧性的最佳匹配。本发明Mn+Si总量为1.0％～3.0％。
Al是强氧化物形成元素，具有很强的脱氧和细化晶粒的作用，因此在焊接过程中Al能够减少其他合金元素的烧损。有关研究表明焊缝中加入适量的铝含量会使针状铁素体含量增加，从而改善焊缝韧性。本发明Al含量选择0.003％～0.01％。
Ti为有效脱氧的元素，同时Ti可以促进针状铁素体的形成，进而提高焊缝金属的韧性。但是Ti含量过高会降低焊缝的低温韧性。因此，本发明Ti含量为0.01％～0.1％。
通过合金元素的合理搭配，使焊缝获得细小针状铁素体组织，满足对焊缝的综合性能要求。
本发明还提供使用上述焊丝的焊接工艺，具体步骤如下：在热输入为10～25kJ的条件下，采用熔化极气体保护焊进行试板焊接，保护气体为80％Ar+20％CO2混合气体，层间温度小于150℃。
对于焊接而言，由于焊接结构无法利用变形加工和热处理手段来提高焊缝的强韧性，焊缝金属无法避免晶粒粗大，组织疏松等不利因素，其性能主要依靠合金化来实现，因此焊丝成分设计必须考虑诸多方面的因素。
实施例
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5根据表1的焊丝的化学成分进行控制冶炼，对冶炼好的钢锭轧制成盘条，再进行热处理、拉拔，最终获得Ф1.2mm的焊丝。
表1焊丝化学成分(质量百分数)
采用上述5种焊丝(实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5)进行了接头焊接，焊接热输入15kJ/cm，层温120℃。
采用本发明实施例1～5焊丝焊接的焊缝金属力学性能如下表2所示。
表2焊缝金属力学性能
采用周浸试验考察焊缝金属耐蚀性能。周浸试验试样尺寸为60mm×50mm×3mm，3个平行样品。试验设备为FL-65周浸腐蚀试验箱。试验周期60min(浸泡12min，干燥48min)，试验时间为360h。取出试样后，按GB/T 16545-1996去除腐蚀产物，观察表面腐蚀情况。并对局部腐蚀深度进行测量，结果见表3。整体看来，焊缝金属的耐蚀性与母材相当。
表3腐蚀深度测量结果
本发明的气保焊丝，适用于强度级别为690MPa以上低合金高强钢的焊接，特别适用于690MPa级海洋平台用高锰高强韧中厚板的焊接。