CN105665958B - 一种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条，包括焊条钢芯混合药皮，所述药皮中含有镍镁合金，所述焊条形成的熔敷金属包括如下按重量百分比计的化学成分：C≤0.14％，Mn≤2.00％，Si≤0.75％，S≤0.015％，P≤0.025％，Ni：1.5～4.0％，Mo≤0.80％，Cr≤0.60％。该焊条的熔敷金属力学性能和全位置焊接性能能满足海洋平台690MPa级齿条钢的焊接要求，具体要求为焊缝金属的屈服强度≥690MPa，抗拉强度在770～930MPa之间，‑60℃下的冲击吸收功≥69J，焊缝金属的延伸率≥17％，是一种与海洋平台690MPa级齿条钢相匹配的焊条。

Description

一种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条。
背景技术
随着世界经济的飞速发展，各国对石油消费的需求正在不断增加，陆上石油资源正在不断锐减，海洋油气开发已成为各国的能源开发热点以及国家的重要能源战略。进行油气开发的自升式钻井平台，其桩腿支撑着上部平台的质量，是平台的主要承载结构；而齿条又是桩腿的核心部件，桩腿所承受的各种载荷最终都会直接或间接的作用在齿条上，因此要求齿条必须具有较高的强度，同时为保证平台结构的安全，避免发生脆性断裂，还要求具有优异的低温韧性和焊接性能。
当前，国际上海洋平台用齿条钢普遍要求其屈服强度≥690MPa，抗拉强度在770～930MPa之间，延伸率≥14％，-60℃下的冲击吸收功≥69J。为了保证焊接质量的可靠性，对其配套的焊接材料也有着严格的限定。因此，在设计焊条性能的时候，采取等强匹配的原则，要求焊条熔敷金属的屈服强度≥690MPa，抗拉强度在770～930MPa之间，-60℃下的冲击吸收功≥69J；为了确保焊缝金属的韧性需求，要求焊缝金属的延伸率≥17％。
实际焊接中，由于齿条钢的厚度较厚，因此，需要焊条能够满足在全位置焊接下的性能要求，尤其是立向上焊接的性能，这也是本发明所要解决的问题之一。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条，该焊条的熔敷金属力学性能和全位置焊接性能均满足海洋平台690MPa级齿条钢的焊接要求。
本发明的技术方案是提供了一种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条，包括焊条钢芯混合药皮，所述药皮中含有镍镁合金，所述焊条形成的熔敷金属包括如下按重量百分比计的化学成分：
C≤0.14％，Mn≤2.00％，Si≤0.75％，S≤0.015％，P≤0.025％，Ni：1.5～4.0％，Mo≤0.80％，Cr≤0.60％。
进一步地，上述焊条钢芯采用H08T钢芯，其化学成分百分比为：
C≤0.10％，Mn：0.30～0.60％，Si≤0.15％，Cr≤0.25％，Ni≤0.25％，Mo≤0.10％，S≤0.003％，P≤0.006％。
进一步地，上述药皮中镍镁合金的化学成分百分比为：Ni：70～85％，Mg：15～30％。
进一步地，上述药皮由如下重量份数的组分组成：大理石：40～45份，萤石：15～20份，硅微粉：6～10份，电解锰：4～6份，45#雾化硅铁：4～7份，镍粉：5～8份，镍镁合金：5～8份，钼粉：2份，纯碱：1份，稀土硅铁：2份，硅锆铁合金：0.8份，余量为铁粉。
作为优选的，所述药皮由如下重量份数的组分组成：大理石：42份，萤石：20份，硅微粉：6份，电解锰：6份，45#雾化硅铁：5份，镍粉：8份，镍镁合金：5份，钼粉：2份，纯碱：1份，稀土硅铁：2份，硅锆铁合金：0.8份，铁粉：2.2份。
进一步地，上述焊条为采用CaO-CaF2-SiO2型碱性渣系的超低氢焊条。
本发明中，焊条的药皮中各化学成分的设计原则如下：
大理石：主要作用是造渣和造气，分解产物是CaO，可以提高渣的碱度，对焊缝金属低温冲击韧性有益。含量太少，造渣和造气功能不足，对电弧保护不周，使空气中得N进入焊缝，降低焊缝金属低温冲击韧性；含量太多，增加药皮的熔点，减少焊条的熔化速度，同时焊缝成形变粗糙，所以本发明中大理石的含量在40～45份之间。
萤石：主要作用是造渣、改善渣的流动性及去氢。含量太少，去氢效果不明显，渣流动性变差；含量太多，焊条药皮熔点太低，在焊接时容易出现断弧现象，所以本发明中萤石含量在15～20份之间。
硅微粉：主要作用造渣和改善熔渣流动性。含量太少，熔渣流动性变差，焊缝成形粗糙；含量太多，降低焊缝金属低温冲击韧性，本发明中硅微粉的含量在6～10份之间。
电解锰：主要作用是脱氧和合金化。含量太少，脱氧和合金化作用不明显；含量太多，焊接过程中易出现飞溅，焊缝金属脆、硬，本发明电解锰含量在4～6之间。
45#雾化硅铁：主要作用是脱氧和合金化。含量太少，焊缝金属脱氧不足；含量太多，焊缝金属强度太高，同时降低焊缝金属低温冲击韧性，本发明45#雾化硅铁含量在3～5份之间。
镍粉：主要作用是合金化，能镍粉提高焊缝金属的低温韧性，降低韧脆转变温度。含量太少，上述性能表现不明显；含量太多，增大热裂敏感性，同时镍粉比较贵重，不宜多加，本发明镍粉的含量在5～8份之间。
镍镁合金：主要作用兼具镍粉的合金化及镁粉的脱氧作用。含量太少，上述合金化和脱氧化性能表现不明显；含量太多，增大热裂敏感性，同时降低焊缝金属低温冲击韧性。本发明镍镁合金在5～8份之间。
钼粉：主要作用是合金化。含量太少，合金化作用不明显，焊缝金属强度不足；含量太多，焊缝金属太高，同时钼粉比较贵重，不宜多加，本发明钼粉含量确定为2。
纯碱：主要作用是改善焊条的压涂性能。含量太少，不能改善压涂性能；含量太多，焊条容易出现返潮现象，本发明纯碱的含量确定为1。
稀土硅铁：主要作用是合金化，向焊缝金属中过渡稀土元素。含量太少，稀土元素的作用发挥不出来；含量太多，向焊缝金属中过渡太多的硅，使焊缝金属强度升高，低温韧性下降，本发明稀土硅铁含量确定为2。
硅锆铁合金：主要作用是微合金化，向焊缝金属中过渡少量锆合金。含量太少， 锆元素的作用发挥不出来；含量太多，使焊缝金属强度升高，低温韧性下降，本发明将硅锆铁合金的含量确定为0.8.
铁粉：主要作用是改善电弧状态，调节铁水熔点和粘度，余量加入。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条的焊缝金属的屈服强度≥690MPa，抗拉强度在770～930MPa之间，焊缝金属的延伸率≥17％，且该焊条的全位置焊接性能优良，能够保证全位置焊接时-60℃下的冲击吸收功≥69J。
(2)本发明提供的这种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条的焊芯采用H08T钢芯，其S、P杂质含量控制在较低的区间，合金元素采用杂质元素较低的纯金属，能够有效减少焊缝金属中的S、P杂质元素，从而改善焊缝金属的韧性。
(3)本发明提供的这种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条在药皮中加入镍镁合金，该镍镁合金不仅具有镁粉的脱氧作用，而且能够为焊缝金属过渡镍元素，与单纯采用镁粉脱氧相比较，在实际生产中焊条不会发泡而影响焊条的工艺性能。
(4)本发明提供的这种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条的药皮中加有稀土硅铁，具有除硫、磷和细化晶粒的作用，可以进一步提高熔敷金属低温冲击韧性。
(5)本发明提供的这种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条采用CaO-CaF2-SiO2型碱性渣系，有效减少焊缝金属的非金属夹杂物并具有脱硫作用，能显著提高焊缝金属的韧性；同时，碱性渣系能够确保焊条为超低氢焊条，在一定程度上减少冷裂纹的产生。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属 于本发明保护的范围。
本发明提供一种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条，包括焊条钢芯混合药皮，该焊条采用CaO-CaF2-SiO2型碱性渣系，碱性熔渣能有效减少焊缝金属的非金属夹杂物并具有脱硫作用，能显著提高焊缝金属的韧性；同时，碱性渣系能够确保焊条为超低氢焊条，在一定程度上减少冷裂纹的产生。本发明提供了四个实施例，其中，焊条钢芯采用H08T钢芯，其化学成分百分比为：C≤0.10％，Mn：0.30～0.60％，Si≤0.15％，Cr≤0.25％，Ni≤0.25％，Mo≤0.10％，S≤0.003％，P≤0.006％；药皮中含有镍镁合金，该镍镁合金的化学成分百分比为：Ni：70～85％，Mg：15～30％；4个实施例中药皮的组成如表1所示。
将上述四个实施例得到的焊条采用如表2所示的焊接规范进行焊接，四个实施例焊条形成的熔敷金属的化学成分如表3所示，该焊条的熔敷金属化学成分的实际测量值均在要求值范围内。另外，该焊条的熔敷金属力学性能如表4所示，四个实施例检测的焊条的熔敷金属力学性能的实际测量值均在要求值范围内。
采用上述四个实施例的焊条的对接接头力学性能如表5所示，焊条的对接接头力学性能的实际测量值均在要求值范围内。
表1：本发明各实施例药皮组成
表2：本发明焊条焊接规范
焊接电流A 焊接电压V 线能量KJ/cm 道间温度℃
170 23～25 17～25 120～150
表3：本发明各实施例焊条形成的熔敷金属的化学成分
表4：本发明各实施例焊条形成的熔敷金属的力学性能
表5：本发明各实施例焊条形成的对接接头的力学性能
综上所述，本发明提供的这种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条的熔敷金属的化学成分、力学性能，以及对接接头力学性能均在要求值范围内，此焊条的熔敷金属力学性能和全位置焊接性能能满足海洋平台690MPa级齿条钢的焊接要求，具体要求为焊缝金属的屈服强度≥690MPa，抗拉强度在770～930MPa之间，-60℃下的冲击吸收功≥69J，焊缝金属的延伸率≥17％，是一种与海洋平台690MPa级齿条钢相匹配的焊条。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条，包括焊条钢芯和药皮，其特征在于：所述药皮中含有镍镁合金，镍镁合金的化学成分百分比为：Ni：70～85％，Mg：15～30％；
所述焊条形成的熔敷金属包括如下按重量百分比计的化学成分：
C≤0.14％，Mn≤2.00％，Si≤0.75％，S≤0.015％，P≤0.025％，Ni：1.5～4.0％，Mo≤0.80％，0.025％≤Cr≤0.60％；
所述药皮由如下重量份数的组分组成：大理石：40～45份，萤石：15～20份，硅微粉：6～10份，电解锰：4～6份，45#雾化硅铁：4～7份，镍粉：5～8份，镍镁合金：5～8份，钼粉：2份，纯碱：1份，稀土硅铁：2份，硅锆铁合金：0.8份，铁粉：2.2～5.2份。
2.如权利要求1所述的适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条，其特征在于：所述焊条钢芯采用H08T钢芯，其化学成分百分比为：
C≤0.10％，Mn：0.30～0.60％，Si≤0.15％，Cr≤0.25％，Ni≤0.25％，Mo≤0.10％，S≤0.003％，P≤0.006％。
3.如权利要求1所述的适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条，其特征在于：所述药皮由如下重量份数的组分组成：大理石：42份，萤石：20份，硅微粉：6份，电解锰：6份，45#雾化硅铁：5份，镍粉：8份，镍镁合金：5份，钼粉：2份，纯碱：1份，稀土硅铁：2份，硅锆铁合金：0.8份，铁粉：2.2份。
4.如权利要求1所述的适用于海洋平台690MPa级齿条钢配套的焊条，其特征在于：所述焊条为采用CaO-CaF2-SiO2型碱性渣系的超低氢焊条。
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