本发明专利技术公开了一种超高强海洋结构用钢板F460Z埋弧焊接方法，采用与超高强海洋结构用钢板F460Z相匹配的焊接材料，抗拉强度Rm570～720MPa，屈服强度ReH≥460MPa，延伸率≥17%，－60℃冲击功AKv达到285J～303J的高强钢，且焊接材料厚度与钢板厚相同；埋弧焊坡口采用对称双边U型坡口；焊接工艺参数：焊前预热，焊接电流450～700A，电弧电压30～32V，焊接速度30～50cm/min、焊接热输入量15～48KJ/cm、焊剂烘焙制度为350℃×2h；对厚度为40mm+40mm组合钢板埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度控制在80℃～200℃。本发明专利技术接头具有优良的综合力学性能，焊缝具有优良的低温冲击韧性，实用性强、焊接操作简便、高效节能，适用于大型海洋结构及船舶推广应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钢铁材料焊接领域，特别是涉及一种超高强海洋结构用钢埋弧焊焊接 方法。
技术介绍
随着我国海洋石油及天然气开发步伐向深海的不断迈进，大型海洋采油平台得到 了迅速发展，对海洋采油平台用钢的规格及强度韧性要求越来越高，传统钢材已经不能满 足这种要求，采用高强度高韧性的钢材势在必行。海洋采油平台在开发油气田工程中起着 支撑所有设备及井架的作用，属于持续承受重压的大型构件，其重要性不言而喻。同时，海 洋采油平台的工作条件也很苛刻，服役时间跨越四季，工作环境温差变化较大，在冬季更要 经受低温的考验。随着钢材强度的提高，对钢材的焊接质量要求也随之提高，焊接是海洋结 构用钢必需经历的一个重要的工艺过程，焊接接头是海洋结构的重要组成部分，其质量直 接影响到海洋结构的使用安全可靠性。如果采油平台的焊接质量不过关，其后果不堪设想。 要获得质量良好的焊接接头，必须解决高强度海洋结构的焊接关键技术。为适应大型海洋结构建造需要及改善焊接性能，南京钢铁联合公司采用Nb和Ti 等多元(微)合金化技术，大幅度降低碳含量，并借助于控轧控冷技术，利用细化晶粒强化、 位错强化、析出强化和相变强化效果，研发生产的超高强海洋结构用钢板F460Z，实物水平 抗拉强度Rm为630MPa，屈服强度ReH为500MPa，一 60°C冲击功AKv达到285J，使钢达到极 佳的强韧性匹配。由于采用多元(微)合金化技术，F460Z的碳含量为0. 06%，碳当量Ceq为0. 42%， 焊接氢致裂纹敏感性及焊接热影响区的性能恶化程度也随之降低，但由于海洋平台服役环 境十分恶劣，除承受重力载荷处，还受到海浪、潮流、海冰、台风、季风等海洋环境因素的影 响，这就需要海洋结构用钢焊接接头具有更高的韧性、更细的晶粒、更低的硫含量和较低的 硬度，以提高焊接接头的抗裂性能，另外随着强度级别的提高，板厚的加大，海洋结构用钢 冷裂纹倾向将增加。采用焊条电弧焊、药芯焊丝气保焊等焊接方法，所用焊接材料含氢量较 高，焊接热输入量小，冷却速度快，会增加冷裂纹的敏感性，需要采取必要的焊接措施，如焊 前预热等。为确保高强度海洋结构用钢F460Z制造和运行安全，对F460Z钢焊接接头的力 学性能要求严格。焊接接头的拉伸性能要求与母材基本相当；对接接头各部位的低温韧性 Akv-60°C ≥ 46JJ。该技术要求是目前我国海洋结构用钢中要求最高的，也是世界先进水平。 众所周知，焊缝金属存在铸态组织，其强韧性主要由焊缝成分及焊接热循环等条件决定。这 特点就决定了焊缝金属无论在成分上还是在组织结构上不可避免地与基材存在着一定的 差异。焊缝金属组织结构显著影响焊接接头的完整性及性能。对于弧焊焊缝，焊缝金属合 金含量、焊接方法及工艺是影响焊缝金属组织的主要影响因素，其中，焊缝金属合金含量起 主导影响作用。合金元素Ni、Mo、Cr等元素对焊缝均有强化作用，同时在一定含量范围内 有助于减少焊缝的先共析铁素体含量，从而提高焊缝的韧性。通过焊接材料对焊缝进行微合金化(Ti、B)，使焊缝获得细针状铁素体。细针状铁素体组织细小，无方向性排列，它既可 增加焊缝强度，又可提高焊缝韧性，并具有优良的止裂性能。不同的焊接工艺如不同热输入 量也会导致焊缝中产生不同的组织结构。焊接热输入量是影响焊接接头低温冲击韧性的关 键。在较大焊接热输入条件下，焊缝金属产生粗大先共析铁素体、过热区产生粗大粒状贝氏 体是焊接接头低温冲击韧性降低的主要原因，使接头性能下降到一个相对低的水平，往往 是造成海洋结构产生断裂、诱发空难性事故的根源。为防止F460Z焊接时焊缝金属脆化问题，合理匹配焊接材料、控制焊接热输入量 的范围以保证焊接接头的各项力学性能满足上述技术要求是技术关键之一。为了在海洋平 台实际建造过程中，兼顾高性能与高效率，使质量与成本达到合理的平衡，需要在焊接方法 上进一步探索，针对F460Z钢特定的成分范围和技术条件，解决该钢的焊接热输入量适应 性问题及相关的工艺问题。具体包括以下几个方面1.确定该钢焊前预热制度以避免接头部位产生冷裂纹；2.确定该钢焊接热影响区一 60°C冲击功> 47J的焊接热输入量控制范围；3.针对该钢的接头形式和板厚，提出合理的坡口形式和焊接方法；4.针对该钢焊接接头综合力学性能的要求，坡口形式和焊接方法，选用合适的焊 接材料；5.针对该钢及接头形式、坡口形式和焊接方法，提出合理的焊接工艺参数。由此可见，超高强海洋用钢运用于海洋平台等大型结构的建造，符合海洋平台向 高参数化发展方向，所涉及到的焊接工艺方法是确保海洋平台用钢板F460Z的焊接关键技 术问题，使焊接接头的性能能够满足高标准的设计要求，同此确保了大型海洋结构的使用 安全。
技术实现思路
解决目前超高强海洋结构用钢板F460Z埋弧焊接所存在的问题，本专利技术的目的是 提供一种超高强海洋结构用钢板F460Z埋弧焊接方法，该埋弧焊焊接方法采用与超高强海 洋结构用钢板F460Z相匹配的材料，施焊前低温预热，焊后不进行热处理，能够保证焊接接 头_60°C冲击韧性大于46J的高标准设计要求，焊接接头具有优良的接头综合性能，焊缝具 有优良的低温冲击韧性，接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种超高强海洋结构用钢板F460Z埋弧焊接方法，其特征在于该埋弧焊接方法包括以 下步骤1)采用与超高强海洋结构用钢板F460Z相匹配的焊接材料，抗拉强度Rm 570 720MPa,屈服强度ReH≥460MPa,延伸率≥17%, — 60°C冲击功AKv达到285J 303J的高 强钢，且焊接材料厚度与钢板厚相同；2 )埋弧焊坡口采用对称双边U型坡口；3)焊接工艺参数焊前预热，焊接电流450 700A，电弧电压30 32V，焊接速度30 50cm/min、焊接热输入量15 48KJ/cm、焊剂烘焙制度为350°C X2h ；对厚度为40mm+40mm 组合钢板埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度控 制在 80 °C 200 0C 。本专利技术步骤1)中，选用匹配的焊丝，焊丝抗拉强度大于570MPa，焊剂为8500，焊丝 直径为Φ4πιπι。步骤2)中，U型坡口角度为25 ，根部圆弧半径为8mm，钝边尺寸为2mm 6mm。步骤3)中，焊前预热温度为60°C。本专利技术所采用的焊丝化学组分及重量百分比为C ≤0. 12%，Mn≤ 1. 60%，Si ≤ 0. 80%, P ≤ 0. 025%, S ≤ 0. 020%, Ni 0. 70 1. 10%, Mo ≤ 0. 10 0. 35%，余量 为1 及不可避免的杂质。本专利技术中，所述超高强海洋结构用钢F460Z的化学组分及重量百分比为C :0. 04 0. 07%,Mn 1. 45 1. 55%, Si :0. 10 0. 20%，P ≤ 0. 010%，S ≤ 0. 002%, Nb :0. 020 0. 030%, Ti ≤ 0. 02%, Ni :0. 30 0. 40%, Cr ≤ 0. 25%, Mo ≤ 0. 25%，余量为 Fe 及不 可避免的杂质。所述钢的碳当量Ceq ^ 0. 42%，所述超高强海洋结构用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超高强海洋结构用钢板Ｆ４６０Ｚ埋弧焊接方法，其特征在于该埋弧焊接方法包括以下步骤：１）采用与超高强海洋结构用钢板Ｆ４６０Ｚ相匹配的焊接材料，抗拉强度Ｒｍ５７０～７２０ＭＰａ，屈服强度ＲｅＨ≥４６０ＭＰａ，延伸率≥１７％，－６０℃冲击功ＡＫｖ达到２８５Ｊ～３０３Ｊ的高强钢，且焊接材料厚度与钢板厚相同；２）埋弧焊坡口采用对称双边Ｕ型坡口；３）焊接工艺参数：焊前预热，焊接电流４５０～７００Ａ，电弧电压３０～３２Ｖ，焊接速度３０～５０ｃｍ／ｍｉｎ、焊接热输入量１５～４８ＫＪ／ｃｍ、焊剂烘焙制度为３５０℃×２ｈ；对厚度为４０ｍｍ＋４０ｍｍ组合钢板埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止，其焊缝层间温度控制在８０℃～２００℃。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱红雷，李丽，张显辉，楚觉非，王端军，王徐，李定金，刘朝霞，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：84
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