【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬材料焊接，具體而言，尤其涉及一種厚度大于30mm的1500mpa深海用鋼焊接材料及其焊接方法。
技術介紹
1、近年來，全球經濟的發展使人類對能源的需求量越來越高，人類對能源的開發逐漸走向遠海、深海。一般地，海洋工程領域把離海平面300m以下的海域稱為“深海”，而國際海洋科學界則把1000m永久性溫躍層以下的區域稱為深海。如果以1000m為界，那么深海占海洋總體積的3/4。深海超高強鋼是未來深海產業開發的關鍵基礎材料，現有的深海鈦合金結構，往往采用真空電子束焊接，設備成本投入巨大，焊接方式受限。然而，鈦合金的價格昂貴，且加工的工藝性較差，因此，鈦合金深海裝備的制造成本非常高，限制了鈦合金深海裝備的大規模應用。高強鋼具有強度高、成本低、加工性能好等優點，其中co-ni系超高強鋼具備超高強度、優良的斷裂韌度以及良好的焊接性，在深海裝備領域的應用前景良好。因此，開發深海裝備用co-ni系超高強鋼配套焊接材料和焊接工藝，對于拓展深遠海能源開發利用具有重要意義。
2、對于超高強鋼焊接材料和工藝的開發，中國專利cn?117259990?a申請公開了一種屈服強度1400mpa級調質超高強鋼板的激光電弧復合焊接方法，中國專利cn?116100130?a申請公開了一種屈服強度1400mpa級超高強鋼板的焊接方法，中國專利cn?105598596?a申請公開了一種1200mpa高強度鋼不預熱組合焊接方法。上述的專利主要采用90kg級低強焊絲進行焊接，接頭的強度均達不到母材的強度，高強鋼焊接結構的承載能力和安全性受到較大影
3、中國專利cn?108637524?a申請公開了一種1500mpa級超高強度合金鋼焊接用藥芯焊絲，中國專利cn?105234587?a申請公開了一種1500mpa級超高強鋼用氣體保護焊無鍍銅實芯焊絲。上述專利公開的焊接材料成分主要針對1500mpa的強度指標，而沒有考慮到應用于深海特殊工況條件下1500mpa超高強鋼的綜合性能。高強鋼焊接結構在深海的高壓、無氧、低溫或局部高溫(400℃)環境中服役，對其強度和低溫韌性提出更高的要求。
4、1500mpa深海用鋼的焊接存在以下幾個挑戰，1)海洋環境中h元素有可能進入到深海鋼結構中，如果焊縫中的h元素含量較高，焊縫內部的h和深海中h的疊加作用會降低金屬的材料的塑形導致氫脆的發生。2)在焊接較厚的鋼板時(≥30mm)，往往要開較大角度坡口，并進行多層多道焊接，焊接周期長，層間清理難度大，勞動強度高。高強度級別焊材熔敷金屬的流動性差，容易造成焊縫成形不佳，導致返修率較高。3)超高強度鋼的碳當量高，淬硬性大，往往需要進行焊前和焊后熱處理，來降低焊接應力和焊接裂紋傾向，增加焊接成本。
技術實現思路
1、根據上述提出的技術問題，而提供一種厚度大于30mm的1500mpa深海用鋼焊接材料及其焊接方法，該方法通過設計匹配1500mpa深海用鋼實芯焊絲，并采用窄間隙熱絲電弧焊接方法復合激光重熔工藝，保證焊縫成形良好，提高焊接效率，可以更好地消除焊絲表面吸附的水分，減少焊縫中h元素的來源，減少焊縫內部的h和深海中h的疊加作用，進而降低焊縫的氫脆敏感性，該焊絲熔敷金屬的抗拉強度＞1500mpa，屈服強度＞1380mpa，伸長率＞12％，-60℃沖擊功＞75j，保證焊縫具有優良的綜合性能。
2、本專利技術采用的技術手段如下：
3、一種厚度大于30mm的1500mpa深海用鋼焊接材料，組分及質量百分比為：c：0.08％～0.13％，mn：1.2％～1.6％，si：0.3％～0.6％，s≤0.002％，p≤0.005％，ni：4.5％-8.5％，co：5％～11％，mo：0.1％～0.3％，cr：0.1％～0.3％，ti：0.05％-0.08％，其余為fe及不可避免的雜質。
4、進一步地，作為更優選的方案，組分及質量百分比為：c：0.09％～0.12％，mn：1.25％～1.35％，si：0.35％～0.55％，s≤0.002％，p≤0.005％，ni：5％-8％，co：6.5％～9％，mo：0.15％～0.3％，cr：0.15％～0.3％，ti：0.06％-0.08％，其余為fe及不可避免的雜質。
5、從合金成分來看，本專利技術使用的焊絲熔敷金屬為高co-ni二次硬化鋼，選用原理及含量設計原因如下：
6、c：c含量保證熔敷金屬具有較高的強度，c含量高于0.2％會嚴重惡化熔敷金屬的焊接性，而c含量低于0.07％將不能保證焊縫熔敷金屬的強度大于1000mpa。焊縫在保證一定c含量，并配一定的cr、mo比例可保證熔敷金屬在后續受熱過程中析出細小的m2c型碳化物，起到二次強化的目的；綜合考慮后，本專利技術優選c含量為0.08％～0.13％；mo：0.1％～0.3％，cr：0.1％～0.3％。
7、ni：高ni含量可以提高鋼的淬透性，降低熔敷金屬的韌脆性轉變溫度和解理斷裂傾向，提高熔敷金屬的韌性；添加ni能提高鋼焊縫的強度而不顯著降低其韌性，ni含量大于3.5％，可以保證焊縫金屬在-40℃條件下具有良好的沖擊韌性。綜合其他元素考慮后，本專利技術優選ni含量為4.5％-8.5％。
8、co：高co含量可以推遲馬氏體中位錯亞結構的回復，保證在位錯處形成細小且彌散的合金碳化物；co元素可以提高ms溫度，且高co含量(大于5％)可以抑制殘余奧氏體的形成，焊縫易形成全馬氏體組織，獲得超高硬度和良好的綜合力學性能。綜合其他元素考慮后，本專利技術優選co含量為5％～11％。
9、采用si和mn聯合脫氧，形成的mno·sio2熔點低(約1270℃)且密度小，在熔池中能凝聚成大塊熔渣而浮出，達到良好的脫氧效果。此外mn會和s，生成了mns，可降低由s引起的熱裂紋的傾向。為了保證焊縫的脫氧效果，si含量不小于0.3％，但si含量大于0.6％，會引起焊縫的固溶硬化和二次相數增多而導致焊縫變脆。本專利技術優選si含量為0.3％～0.6％；mn/si在2.3～3.8范圍，焊縫可獲得良好的綜合性能。
10、mo：mo對焊縫強度影響較大，但mo含量大于0.5％，對焊縫的延伸率和沖擊性能是不利的，mn含量較低時，低含量的mo可以平衡焊縫的強度和韌性；綜合其他元素考慮后，本專利技術優選mo含量為0.1％～0.3％。
11、ti：微量的ti在焊接過程中易形成tio夾雜物，促進奧氏體晶粒內的形核，有利于改善熔敷金屬的韌性。ti大于0.1％，會促進焊縫組織形成貝氏體和m-a組元等硬質相，惡化焊縫的韌性。綜合其他元素考慮后，本專利技術優選ti含量為0.05％-0.08％。
12、本專利技術還公開了使用上述焊接材料的焊接方法，包括以下步驟：
13、步驟1、分別對待焊接鋼進行坡口設計，加工坡口，清理坡口處的油污和雜質；
14、步驟2、基于鋼板厚度確認焊接接頭的組對間隙；
15、步驟3、設定焊接工藝參數，通入焊接保護氣體，調整高壓氣體噴射位置和流量，進行焊接，焊接本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種厚度大于30mm的1500MPa深海用鋼焊接材料，其特征在于，組分及質量百分比為：C：0.08％～0.13％，Mn：1.2％～1.6％，Si：0.3％～0.6％，S≤0.002％，P≤0.005％，Ni：4.5％-8.5％，Co：5％～11％，Mo：0.1％～0.3％，Cr：0.1％～0.3％，Ti：0.05％-0.08％，其余為Fe及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的厚度大于30mm的1500MPa深海用鋼焊接材料，其特征在于，組分及質量百分比為：C：0.09％～0.12％，Mn：1.25％～1.35％，Si：0.35％～0.55％，S≤0.002％，P≤0.005％，Ni：5％-8％，Co：6.5％～9％，Mo：0.15％～0.3％，Cr：0.15％～0.3％，Ti：0.06％-0.08％，其余為Fe及不可避免的雜質，Mn/Si＝2.3～3.8。
3.一種使用權利要求1或2任一焊接材料的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1中，加工坡口角度α為5°～20°。
5.根
6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3中，焊接工藝參數包括：焊接保護氣體流量為20～25L/min，熱絲電流為20～50A，焊接電流為250～350A，焊接電壓15～20V，焊槍移動速度300～500mm/min。
7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3中，開始施焊的同時，調整焊槍后方的調節輪，使高壓氣體吹向焊縫表面，所述高壓氣體的氣體流量為100～300L/min，高壓氣體的壓力為0.1～1MPa。
8.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟4中，監控焊縫的溫度到達100～160℃時，開始進行激光重熔的往復掃掠處理；步驟5中，焊縫進行激光重熔處理后，監控焊縫的溫度為100～160℃時，開始進行下一道焊接工作。
9.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光重熔處理參數包括：激光的聚焦方式為散焦，激光功率為1.5～3kW，激光掃描速度為3～8m/s。
10.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，待焊接1500MPa級的深海用鋼，組分及質量百分比為：C：0.1％～0.5％，Mn：0.2％～1.0％，Si：0.1％～0.8％，S≤0.002％，P≤0.005％，Ni：6％-15％，Co：6％～15％，Mo：0.5％～2.5％，Cr：1％～5％，Ti：0.02％-0.30％，其余為Fe及不可避免的雜質。
...【技術特征摘要】
1.一種厚度大于30mm的1500mpa深海用鋼焊接材料，其特征在于，組分及質量百分比為：c：0.08％～0.13％，mn：1.2％～1.6％，si：0.3％～0.6％，s≤0.002％，p≤0.005％，ni：4.5％-8.5％，co：5％～11％，mo：0.1％～0.3％，cr：0.1％～0.3％，ti：0.05％-0.08％，其余為fe及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的厚度大于30mm的1500mpa深海用鋼焊接材料，其特征在于，組分及質量百分比為：c：0.09％～0.12％，mn：1.25％～1.35％，si：0.35％～0.55％，s≤0.002％，p≤0.005％，ni：5％-8％，co：6.5％～9％，mo：0.15％～0.3％，cr：0.15％～0.3％，ti：0.06％-0.08％，其余為fe及不可避免的雜質，mn/si＝2.3～3.8。
3.一種使用權利要求1或2任一焊接材料的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1中，加工坡口角度α為5°～20°。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟2中，根據板厚t來控制焊接接頭的組對間隙d，當t≤50mm，d＝5～13mm，當50mm＜t，d＝13～18mm。
6.根據權利要...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張志強，胡奉雅，王佳驥，劉祥峰，劉錦，韓嚴法，傅博，郭鵬，魏勇，馬俊男，
申請(專利權)人：鞍鋼股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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