用于苛刻的结构应用的高强度钢焊接金属制造技术

提供焊接金属和焊接铁素体钢的方法。该焊接金属具有高强度和高延性撕裂强度并适用于基于应变的管道。该焊接金属由下列组成：介于0.03和0.08wt％之间的碳、介于2.0和3.5wt％之间的镍、不大于约2.0wt％的锰、不大于约0.80wt％的钼、不大于约0.70wt％的硅、不大于约0.03wt％的铝、不大于0.02wt％的钛、不大于0.04wt％的锆、介于100和225ppm之间的氧、不大于约100ppm的氮、不大于约100ppm的硫、不大于约100ppm的磷、和余量基本上为铁。利用具有脉冲电流波形控制的电源施加所述焊接金属，其中保护气中具有<5％的CO2和<2％的氧气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供焊接金属和焊接铁素体钢的方法。该焊接金属具有高强度和高延性撕裂强度并适用于基于应变的管道。该焊接金属由下列组成：介于0.03和0.08wt％之间的碳、介于2.0和3.5wt％之间的镍、不大于约2.0wt％的锰、不大于约0.80wt％的钼、不大于约0.70wt％的硅、不大于约0.03wt％的铝、不大于0.02wt％的钛、不大于0.04wt％的锆、介于100和225ppm之间的氧、不大于约100ppm的氮、不大于约100ppm的硫、不大于约100ppm的磷、和余量基本上为铁。利用具有脉冲电流波形控制的电源施加所述焊接金属，其中保护气中具有<5％的CO2和<2％的氧气。【专利说明】用于苛刻的结构应用的高强度钢焊接金属 相关申请的交叉参考 本申请要求 2012 年 7 月 27 日提交的、名为"HighStrengthSteelWeldMetal forDemandingStructuralApplications" 的美国临时专利申请 61/676, 738 的优先权权 益，其全部内容通过引用并入本文。 专利
本专利技术涉及焊接金属领域。更具体地，本专利技术涉及制造具有高强度和高韧度的焊 接金属的材料和方法。 专利技术背景 本章节介绍本领域的各个方面，这些方面可与本专利技术的示例性实施方案有关。此 讨论将有助于提供框架，以有利于更好地理解本专利技术的具体方面。本部分应当从这个角度 阅读，而不一定承认是现有技术。在以下说明中在基于应变的管道设计背景下对本专利技术进 行描述。然而，本专利技术显然是广泛适用于任何需要高强度、高韧度的焊接件的情况，该焊接 件包括但不限于任何一种或多种钢材的任何非管焊接件。以下说明中限定各种术语。为方 便起见，在说明书结尾提供术语词汇表。 关于施加的载荷、设计标准和材料性能要求，传统管道被设计以防止管道材料经 历显著的塑性应变。这种类型的设计被称为容许应力设计或基于应力的设计。在基于应力 的设计中，施加的载荷通常限于管材屈服强度的一部分且主要设计考虑是压力容量。在一 些情况下，局部塑性可能存在于基于应力设计的管道中，在小应力集中处如焊趾处（即，几 毫米的尺寸），或在铺管时转弯的外纤维处，但基于应力的设计通常不意图用于在管道正在 运行时管道的大片区域（多英寸或英尺）经受塑性应变的情况。 现今，管道正被设计用于日益恶劣的使用环境。压力容量设计的目标仍然适用并 与周向管强度相关，但一些管道也将经历纵向的使用载荷。关于一些苛刻的环境如不连续 永冻层、地震、冰山冲刷（icebergscouring)等中--其中使用温度的范围可低至_20°C 或更低，需要设计和建造能够承受某种程度的纵向塑性变形的管道。在这种情况下，变形很 大程度上被平行于管轴定向（即，纵向塑性应变），且施加的载荷通常在多英寸或可能多英 尺的管道材料受到的、施加的整体应变的方面被描述。基于应变的设计（SBD)是用于描述 设计/建造能够承受纵向塑性应变的管道的术语。基于应变的设计的一般应变幅度通常被 定义为超过〇. 5 %的整体塑性应变。整体塑性应变被定义为不是局部的、而是沿管长度分布 于多英寸或英尺距离的应变该管可包括一个或多个环缝焊接。在油或气管道的情况下，例 如，以基于应变的设计为目的的整体塑性应变可以参考长度约为两个管直径的管道部分， 虽然可使用其他类似的定义来限定整体塑性应变。利用这种协定，30英寸直径的管道中 1 %的整体塑性应变将在两个直径长度即60英寸长度内产生约0. 6英寸的应变。 被称为工程临界评估（ECA)的断裂力学技术用于判断基于应力的设计管道的环 缝焊接中的缺陷的结构显著性。ECA包括用于测试材料、鉴定焊接、和评估基于应力的设 计中的焊接缺陷的显著性的已被接受的实践。ECA，当应用于基于应力的管道时，主要用于 评估环缝焊接缺陷的显著性。在这种情况下，环缝焊接缺陷可显示纵向方向上有限的使用 中载荷，并且通常最极端的载荷出现在管道安装期间。由于更加极端的纵向使用中载荷， 这种一般情况随着基于应变的设计（SBD)而改变。基于应变的设计不是和传统的基于应 力的设计一样成熟的领域，并且如在2012年，SBD的充分验证的ECA实践还没有被管道工 业广泛接受。然而，ECA原理适用于SBD。SBD管道工程的许多方面已经在最近的国际会 议公开。几个著名的会场包括比利时的ConferenceofPipelineTechnology、加拿大的 InternationalPipelineConference，以及TheInternationalSocietyofOffshore andPolarEngineers(ISOPE)与TheOffshoreMechanicsandArcticEngineering Society(OMAE)的年度会议。ExxonMobil已经在这些会议上公开多篇文章，包括诸如在SBD 载荷下环缝焊接缺陷容忍度的预测方法（predictionmethodsforgirthwelddefect toleranceunderSBDloadingconditions)、SBD工程的全面管测试（full-scalepipe testingforSBDengineering)、断裂力学测试方法（fracturemechanicstestmethods) 和在SBD应用中有用的环缝焊接技术（girthweldingtechnologyusefulinSBD applications)的主题。这些出版物结合专利申请，国际申请号PCT/US2008/001753(WIP0 专利申请W0/2008/115323，AFrameworkToDetermineTheCapacityOfAStructure) 和PCT/US2008/001676(WIP0 专利申请W0/2008/115320,MethodToMeasuretearing Resistance)向本领域技术人员提供了基于应变设计的工程临界评估（SBECA)技术所需的 背景。 根据使用温度和施加载荷，普通结构钢和焊接处可经历脆性或延性断裂。延性断 裂发生于较高温度，脆性（或"开裂"）断裂发生于较低温度。在一些中间温度范围，存在延 性和脆性断裂之间的转变。这种转变有时由一个温度来表征，该温度被称为延性-至-脆 性转变温度（DBTT)。DBTT可以根据应用通过测试如沙尔皮V缺口或CT0D测试来确定。 在基于应力的设计应用中，材料工程和管道设计实践致力于确保足够的脆性断裂 抗性，而很少注意环缝焊接的延性断裂。脆性断裂通过如下来减轻：指定最低设计温度（与 最低预期使用温度一致），和使用测试方法如沙尔皮V缺口或裂纹尖端张开位移（CT0D)测 试鉴定材料。 然而，在SBD管道的较新应用中，需要超出简单考虑脆性断裂；环缝焊接的延性断 裂也必须被考虑。环缝焊接通常被认为可能是最弱环节，原因是普遍存在由焊接引起的退 化的微结构和缺陷。在SBD中，设计师通过材料选择、焊接和检查技术，将减轻脆性断裂，或 至少将其延迟直到很好地进入塑性载荷状态并超过所设计的应变要求。在管道的塑性载荷 期间，延性撕裂可在环缝焊接间断或缺陷处开始。根据诸如焊接处的强度性能和延性撕裂 强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
铁素体钢基体金属的焊接金属，包括：介于0.03和0.08wt％之间的碳；介于2.0和3.5wt％之间的镍；不大于约2.0wt％的锰；不大于约0.80wt％的钼；不大于约0.70wt％的硅；不大于约0.03wt％的铝；不大于0.02wt％的钛；不大于0.04wt％的锆；介于100和225ppm之间的氧；不大于约100ppm的氮；不大于约100ppm的硫；不大于约100ppm的磷；和余量为铁，其中所述焊接金属包括SBD‑AFIM微结构，所述焊接金属利用脉冲气体金属电弧焊法与先进脉冲波形电源来施加，并应用由包含少于5％的CO2和少于2％的O2组成的保护气，所述施加的焊接金属具有大于90ksi的拉伸强度和大于0.75的SENT R‑曲线Δ值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·弗莱查尔德，M·L·马西亚，N·E·妮斯利，R·艾尔，HW·吉恩，A·厄泽克奇恩，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US