CN104551440A - 一种高强度高韧性不预热焊条 - Google Patents

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齐彦昌
肖晓明
肖红军
魏金山
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田志凌
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Abstract

一种高强度高韧性不预热焊条，属于焊接技术领域。该焊条熔敷金属按质量百分数计为：C？0.01％-0.12％；Si？0.1-0.6％；Mn？0.4-1.5％；P≤0.015％；S≤0.012％；Ni？0.1-1.0％；Mo？0.1-0.4％；Ti？0.01-0.20％；B0.001-0.01；Ce？0.01-0.1；Al≤0.01％；Ti/B≥10；CE≤0.4％；余量为铁；CE＝C+(Mn/6)+(Ni/15)+(Cu/15)+(Cr/5)+(Mo/5)+(V/5)。优点在于，焊条熔敷金属成分设计合理，焊缝具有良好低温冲击韧性，抗裂性良好，可适应大厚度海洋平台用钢不预热焊接。

Description

一种高强度高韧性不预热焊条
技术领域
本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种高强度高韧性不预热焊条，适用于海洋平台建造用。
背景技术
近年来就，随着全球对石油天然气的需求急剧增加，陆地石油天然气的逐渐枯竭，世界各国正积极向海洋寻求能源，而海洋油气开采也从大陆架走向深海。海洋平台遭遇的海况也越来越恶劣，除要经受风、浪的冲击外，还要考虑台风、冰、地震等灾害性环境破坏的作用。因此，对海洋平台用钢的强度、韧性、厚度提出更高要求，尤其在寒冷地区，对于低温韧性要求非常高，-40℃的冲击功大于80J。
手工焊条具有操作简单、灵活等特点，是海洋平台建造不可或缺的焊接材料。然而在焊接高强度高韧性大厚度海洋平台用钢时，易出现一些问题，首先是抗裂性较差，其次焊缝的低温韧性较低。这些问题与焊接材料具有直接关系。
当前焊接40kg级以上大厚度海洋平台用钢，焊前需要预热到100℃，花费了大量人力和物力，而且效率低下。
专利CN101693327A和专利CN102728966A分别公开了一种高强度高韧性的焊条熔敷金属。两种焊条熔敷金属中含有较高的Ni、Cr和Mo等贵重金属，强度高，低温韧性较低，裂纹敏感强，对于大厚度钢板不预热焊接适应性不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于海洋平台建造的不预热焊条，该焊条具有极佳低温韧性及抗裂性。
本发明焊条熔敷金属的化学成分(质量分数)为：C 0.01％-0.12％；Si 0.1-0.6％；Mn 0.4-1.5％；P≤0.015％；S≤0.012％；Ni 0.1-1.0％；Mo 0.1-0.4％；Ti 0.01-0.20％；B 0.001-0.01；Ce 0.01-0.1；Al≤0.01％；Ti/B≥10；CE≤0.4％；余量为铁；CE＝C+(Mn/6)+(Ni/15)+(Cu/15)+(Cr/5)+(Mo/5)+(V/5)。
根据本发明实施例的用于海洋平台建造的不预热焊条熔敷金属中，成分设计的原理如下：
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0.01％，但是C含量过高时会导致焊缝裂纹倾向增加，从而韧性降低，因此C含量不超过0.12％。
Si可以提高焊缝金属的强度，同时是重要的脱氧元素。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，因此，Si含量为：0.1-0.6％。
Mn是本设计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0.4％，同时Mn含量超过1.5％后焊缝金属的韧性会降低。因此Mn含量为0.4-1.5％。
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％。
Ni是可以提高焊缝金属层错能，进而提高焊缝韧性的元素，同时也是重要的固溶强化元素。其含量超过0.1％后，提高韧性效果能明显显示出来。但是Ni会增加成本，其含量应低于1.0％。因此Ni含量为0.1-1.0％。
Mo是重要的固溶强化元素，可有效提高焊缝金属的强度，同时可以提高焊缝金属的抗回火脆性。为了发挥其作用，Mo的含量应大于0.1％。但是Mo含量过大会引起韧性降低，同时会增加焊丝的成本，其含量应低于0.4％；因此Mo含量为：0.1-0.4％
Ti为有效脱氧的元素，同时Ti的氧化物可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，本发明焊条熔敷金属中Ti含量为0.01-0.20％。
B可以抑制先共析生成促进针状铁素体生成，发挥作用的最小含量为0.001％，但是当B含量大于0.01％后会明显恶化焊缝韧性，所以B含量为0.001％-0.01％。
Ti和B联合作用可以更好促进针状铁素体生成。由于B易被氧化，如果仅加入B，不能有效发挥B作用。而Ti可以对B起到保护作用，但Ti含量至少是B含量的10倍时才能发挥作用，因而Ti/B≥10。
Al为脱氧元素，但是Al含量过高会降低焊缝低温韧性，因此，Al含量应小于0.01％。
CE为碳当量，一般认为CE≤0.4％时，焊材在焊接时无淬硬倾向，抗裂性良好，不需要预热。因此，CE≤0.4％。
本发明的优点在于，焊条熔敷金属成分设计合理，焊缝具有良好低温冲击韧性，抗裂性良好，可适应大厚度海洋平台用钢不预热焊接。
具体实施方式
采用7种不同成分碱性药皮，焊芯采用H08A，生产制造了7种焊条，焊条熔敷金属的化学成分如表1所示。
表1 焊条熔敷金属的化学成分(质量百分数，％)
将7种焊条进行接头焊接试验，焊缝金属具有良好的基本力学性能，尤其是-40℃冲击功，工程富余量多，如表2所示。
表2 焊条接头的基本力学性能
采用GB/T 4675.1《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》试验方法考核焊条的抗裂性，钢板采用FH40，试验温度为室温，不进行预热。试验结果如表3所示，可见7种焊条具有良好的抗裂性。
表3、斜Y型坡口焊接裂纹率
编号 表面裂纹率/％ 横断面裂纹率/％ 根部裂纹率/％
1 0 0 0
2 0 0 0
3 0 0 0
4 0 0 0
5 0 0 0
6 0 0 0
7 0 0 0

Claims (1)

1.一种高强度高韧性不预热焊条，其特征在于，该焊条熔敷金属按质量百分数计为：C 0.01％-0.12％；Si 0.1-0.6％；Mn 0.4-1.5％；P≤0.015％；S≤0.012％；Ni 0.1-1.0％；Mo 0.1-0.4％；Ti 0.01-0.20％；B 0.001-0.01；Ce 0.01-0.1；Al≤0.01％；Ti/B≥10；CE≤0.4％；余量为铁；CE＝C+(Mn/6)+(Ni/15)+(Cu/15)+(Cr/5)+(Mo/5)+(V/5)。
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