海洋工程用焊丝及其冶炼方法技术

本发明专利技术提供一种海洋工程用焊丝及其冶炼方法，所述焊丝包括如下质量分数的组分：C：0.05‑0.09%，Si：0.36‑0.55%，Mn：1.30‑1.55%，Cu：0.36‑0.45%，Ti：0.12‑0.25%，Ni：0.85‑1.20%，Cr：0.11‑0.19%，Mo：0.05‑0.09%，B：0.001‑0.003%，Zr：0.005‑0.01%，S≤0.010%，P≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述冶炼方法中，在炉外精炼时加入钇基重稀土。本发明专利技术提供的海洋工程用焊丝熔敷金属的抗拉强度应在600MPa以上，屈服强度在480MPa以上，并且有极好的冲击韧性，冲击功在‑50℃时≥95J，延伸率≥22%，熔敷金属相对腐蚀率≤8%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接材料
，尤其涉及一种海洋工程用焊丝及其冶炼方法。
技术介绍
近年来，随着海洋工程、船舶制造等领域的制造逐步向高性能、高强度方向发展，高强钢代替普通钢已经成为更多行业钢结构的发展趋势。船舶制造、工程机械、港口机械及海洋装备等领域采用高强钢，一方面可以增加结构的强度，减轻自重，另一方面能够显著降低总造价。高强钢的焊接一直是焊接界不断探索解决的问题，目前，国内与高强钢配套的焊接材料中，虽然焊缝金属的强度能够满足母材的要求，但焊缝金属的塑性、韧性难与母材匹配，抗裂性能较差，对气孔比较敏感，且现有的高强度焊接材料基本没有考虑焊缝的耐腐蚀性，耐腐蚀性较差。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种耐腐蚀较好的海洋工程用焊丝。本专利技术是通过如下技术方案实现的，提供一种海洋工程用焊丝，所述焊丝包括如下质量分数的组分：C：0.05-0.09%，Si：0.36-0.55%，Mn：1.30-1.55%，Cu：0.36-0.45%，Ti：0.12-0.25%，Ni：0.85-1.20%，Cr：0.11-0.19%，Mo：0.05-0.09%，B：0.001-0.003%，Zr：0.005-0.01%，S≤0.010%，P≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。焊丝中加入合适的Ni、Cr、Ti等微量合金元素，可以促使在焊缝金属中产生大量高密度位错的细针状铁素体组织。Ni：Ni是合金钢中一个重要元素，它作为合金钢元素特意加入钢内可增加钢的弹性、延展性、抗蚀性，使钢具有极高的机械性能：可使钢具有韧性、防腐抗酸性、高导磁性，并使晶粒细化，提高淬透性，增加硬度等；加入Ni元素能够使CCT曲线右移，降低奥氏体的相转变温度，促进焊缝针状铁素体的形成，提高焊缝金属的低温韧性。通过合理的成分设计和调控，在满足与母材强韧性匹配的条件下，减少贵重金属Ni的含量，能够降低焊接材料的生产成本。Cr：Cr能提高钢的机械性能和耐磨性，增加钢淬火的变形能力，增加钢的硬度、弹性、抗磁性、耐蚀性和耐热性等；加入Cr元素，一方面通过固溶强化提高了焊缝金属的强度，另一方面通过推迟奥氏体的相转变温度，促进低温转变产物的形成，提高焊缝金属的强韧性。Mo：Mo在钢中可增强钢的强度而不减其可塑性及韧性,同时能使钢在高温下有足够的强度和改善钢的耐蚀性和冷脆性。Ti：Ti能够防止钢中产生气泡及改善钢的品质和提高其机械性能，加入Ti等微合金元素，在细化焊缝组织的同时，可降低焊缝金属的含氧量和含氮量，提高焊缝金属的低温韧性；在焊丝中添加能够形成高熔点质点的元素Ti，抑制焊缝金属的晶粒长大，使其适用于大电流焊接，提高焊接效率。Mn、Si、P等元素在焊接过程中是碳主要的还原剂，尤其是Mn、Si元素是焊缝的主要脱氧剂，有利于减少焊缝中气孔的产生，从而提高焊接接头的质量；Mn在炼钢及焊接时也是脱硫剂。Mn可以和S反应作用以防止热脆并提高钢的可锻性。同时Mn、Si也是保证焊缝强度的主要元素，尤其是Mn元素能显著提高焊缝的强度，Mn含量超过1.0%时可明显提高强度，特别耐磨，适量的Si也可以提高焊缝的强度，并且增加焊接时焊缝铁水的流动性能；P也能使钢的强度及硬度显著提高，但使塑性及韧性下降，特别是使钢的脆性转变随温度升高，提高了钢的冷脆性，所以要严格控制上限值范围。另外Mn和Si对焊接接头韧性的影响也比较复杂，研究表明，低合金钢气保焊丝焊缝Mn、Si含量过多，韧性下降，只有当锰硅有合适的比例时，低温冲击吸收功最佳，硅与锰的含量可以降低焊缝中的含氧量，但这里更重要的是改变了焊缝的组织，因而对韧性有很大的影响。单纯采用增加Mn、Si含量来提高焊缝的韧性是有限的，特别是在大线能量进行焊接时，仍难以避免产生粗大先共析铁素体和侧板条铁素体。因此向焊缝中加入细化晶粒的合金元素如Ni、Mo、Ti、B等其中的一种或多种元素的组合能进一步改善组织，提高焊缝的韧性。稀土元素的存在，使Ti向焊接金属的提取率提高，容易将焊接金属中生成的夹杂物的组成控制为Ti系氧化物组成，有助于抑制高温裂纹。焊丝中加入适量Cu、稀土，并通过优化Cr、Ni、Mn、Si、Cu、稀土合金元素含量，能提高焊缝金属的耐腐性能。B：微量的B能提高钢的淬透性，提高钢的高温强度，强化晶界的作用。本专利技术采用低碳、多种元素合金化、Ti、B、Zr等微合金、严格控制S、P、O、N等杂质元素含量的成分设计思想，提高焊缝金属的抗裂性能，降低焊接飞溅和气孔敏感性。Ti在焊缝中能够保护B不被氧化，因此，B可作为原子状态偏聚于晶界，这些聚集在y晶界的B原子，降低了晶界能，抑制了先公析铁素体（包括粒界铁素体GBF和侧板条铁素体FSP）的形核与生长，从而促进生成针状铁素体，改善了焊缝组织的韧性。优选的，所述海洋工程用焊丝包括如下质量分数的组分：C：0.06-0.08%，Si：0.47-0.53%，Mn：1.33-1.48%，Cu：0.38-0.42%，Ti：0.19-0.23%，Ni：0.89-1.10%，Cr：0.13-0.17%，Mo：0.06-0.08%，B：0.001-0.003%，Zr：0.005-0.008%，S≤0.007%，P≤0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。优选的，所述海洋工程用焊丝包括如下质量分数的组分：C：0.07%，Si：0.53%，Mn：1.40%，Cu：0.39%，Ti：0.16%，Ni：0.96%，Cr：0.16%，Mo：0.07%，S：0.007%，P：0.005%，B：0.025%，Zr：0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术还提供一种冶炼方法，用于上述的海洋工程用焊丝，所述方法包括如下步骤：A、向炉膛内加入铁水及废钢料，其比例为8.8:1.2，控制铁水温度在770-790℃，B、摇正炉体，降罩，保温10-20分钟；C、下氧枪开始吹炼，同时加入石灰，加入生石灰的量与上述铁水的比例为0.1：8.8，用于造渣、脱磷，保持20-30分钟；E、继续吹炼3min后，钢水温度提升到1530℃，加入第二批石灰，第二批生石灰加入量与第一批石灰的比例为：0.7：1，保温维持35分钟，用于造渣，脱磷脱硫；D、继续吹炼14min，使钢水温度达到1670℃，保温10-20分钟；E、操作出钢，按17-19kg/t的比例向钢包内加入硅锰合金，用于脱氧脱碳，并促使钢水合金化；F、出钢后，钢包吹氩，然后按比例加入铜、镍、钼合金元素，混合后，相应按比例加入铬元素，最后加入钛、硼、锆微合金元素，以调整成分和温度，完成一次吹炼，合金加入量=出钢量*合金含量*合金利用率；G、精炼：添加钇基重稀土，加入量为钢包步骤F铁水的0.15-0.25%；H、微调：根据出钢后化验出的各元素含量数值，进行成分微调，将缺少量的合金元素直接加入钢包，用电极送电加温，用吹氩使钢水成分均匀，加热时蠕动模式扩散脱氧，氩气流量控制在10-20nl/h，提升电极强搅拌模式脱硫和去除夹杂，氩气流量控制在100-150nl/h，出钢蠕动模式软吹氩，氩气流量控制在10-20nl/h，最后取样化验，合格后进行浇铸。所述钇基重稀土在焊丝原材料冶炼过程中加入，由于钇基重稀土的添加，使合金中的Si更易以SiO2的形式存在于钝化膜中，增大了SiO2在钝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋工程用焊丝，其特征在于，所述焊丝由如下质量分数的组分组成：C：0.05‑0.09%，Si：0.36‑0.55%，Mn：1.30‑1.55%，Cu：0.36‑0.45%，Ti：0.12‑0.25%，Ni：0.85‑1.20%，Cr：0.11‑0.19%，Mo：0.05‑0.09%，B：0.001‑0.003%，Zr：0.005‑0.01%，S≤0.010%，P≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种海洋工程用焊丝，其特征在于，所述焊丝由如下质量分数的组分组成：C：0.05-0.09%，Si：0.36-0.55%，Mn：1.30-1.55%，Cu：0.36-0.45%，Ti：0.12-0.25%，Ni：0.85-1.20%，Cr：0.11-0.19%，Mo：0.05-0.09%，B：0.001-0.003%，Zr：0.005-0.01%，S≤0.010%，P≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的海洋工程用焊丝，其特征在于，所述焊丝由如下质量分数的组分组成：C：0.06-0.08%，Si：0.47-0.53%，Mn：1.33-1.48%，Cu：0.38-0.42%，Ti：0.19-0.23%，Ni：0.89-1.10%，Cr：0.13-0.17%，Mo：0.06-0.08%，B：0.001-0.003%，Zr：0.005-0.008%，S≤0.007%，P≤0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的海洋工程用焊丝，其特征在于，所述焊丝包括如下质量分数的组分：C：0.07%，Si：0.53%，Mn：1.40%，Cu：0.39%，Ti：0.16%，Ni：0.96%，Cr：0.16%，Mo：0.07%，S：0.007%，P：0.005%，B：0.025%，Zr：0.008%，余量为Fe和不可避免的杂质。4.一种冶炼方法，用于权利要求1-3任一项所述的海洋工程用焊丝，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：关常勇，王德柱，曲传颂，孙洪刚，
申请(专利权)人：山东索力得焊材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37