[发明专利]一种焊接材料、焊缝金属及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度高韧性厚板的焊接材料及焊缝金属，特别涉及一种屈服强度690MPa级厚板的焊接材料及焊缝金属，属于海洋钻采油平台用钢配套焊接材料领域。

背景技术

全球经济不断发展带动了能源需求不断增长，尤其是石油和天然气的需求量不断加大。随着陆地资源相继枯竭，油气勘探逐渐转移到深海领域。过去10年，海上油气钻采平台的建设数量的年均增长率约80%，而且这一趋势在未来的20年内不会改变。钻采油平台的桩腿、齿条等承重部件需要屈服强度690MPa、且能够抵抗-60℃冲击功要求的钢板，以确保结构的安全；根据承载不同，钢板的厚度在30～220mm之间。

建造现场条件和结构决定了该类焊接结构件的焊接拘束应力大、多位置焊接等特点，对焊接材料的工艺性能和抗裂性能提出了高要求；另一方面，由于屈服强度超过690MPa，又要求确保-60冲击韧性，因此对焊接材料提出了更高的要求，即要同时满足高焊接工艺性能、高强度、高韧性和抗裂性能。

目前的配套焊接材料主要采用镍钼系和镍钼铬系，焊缝金属的典型合金元素包括2～4.5%镍，0.5%钼或者0.3～0.6%铬。但由于焊接材料的镍和钼含量高，因此提高了焊接加工成本，给该类焊接材料及高强钢板的应用带来了障碍。

因此，行业迫切需求低成本、高工艺性能、能够满足技术要求的焊接材料和焊缝金属。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了低成本、高韧性的屈服强度690MPa钻采油平台钢的焊接材料及焊缝金属。采用手工电弧焊、气保焊接等焊接方法，能够得到无缺陷的焊接接头，且焊缝金属的屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥830MPa，延伸率≥19%，-60℃冲击功≥80J。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种屈服强度690MPa级别钻采油平台钢的焊接材料，所述焊接材料以重量百分比计的化学成分组成如下：C≤0.10%，Si 0.2～0.6%，Mn 1.5～2.0%，P≤0.008%，S≤0.006%，Ni 1.5～4.5%，Cr 0.3～1.0%，Ti 0.05～0.2%，V 0.05～0.2%，余量为Fe及不可避免杂质。

所述的焊接材料可为焊条、实芯焊丝或药芯焊丝。

所述的焊接材料，在690MPa级钻采油平台用钢焊接中的用途。

一种屈服强度690MPa级钻采油平台用钢的焊缝金属，所述焊缝金属以重量百分比计的化学成分组成如下：C≤0.10%，Si 0.2～0.6%，Mn 1.5～2.0%，P≤0.008%，S≤0.006%，Ni 1.5～4.5%，Cr 0.3～1.0%，Ti 0.05～0.2%，V 0.05～0.2%，余量为Fe及不可避免杂质。

采用手工电弧焊、或者气体保护焊，所述的焊接材料在制造高强高韧焊缝金属中的应用，所得焊缝金属屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥830MPa，断后延伸率≥19%，-60℃冲击功≥80J。

本发明的焊接材料可以通过常规的制造工艺即可获得。

本发明中各元素的作用和含量限定的理由详述如下：

C：高的C含量对铁基材料的低温冲击韧性和焊接性能不利，本发明C含量控制为≤0.10%。

Si：是焊缝金属中不可或缺的脱氧元素、能够有效提高焊缝金属强度的元素之一，因此其含量应该≥0.2%；另一方面当其含量超过0.6%会导致焊缝金属中的侧板条铁素体体积含量增多、导致低温冲韧性下降。因此，本发明Si含量在0.2～0.6%。

Mn：是焊缝金属中的主要脱氧元素之一，同时也能提高钢板和焊缝金属强度最有效的元素之一，因此其含量应该≥1.5%；但同时超过2.0%的Mn含量会显著降低焊缝金属低温冲击韧性。因此，本发明Mn含量控制为1.5～2.0%。

Ni：可有效提高铁素体基体的低温韧性，也是低温钢及其焊接材料中常用的元素。虽然可以通过固溶强化机理来提高焊缝金属强度，但当其含量超过1.5%后，对于焊缝金属的强度贡献不明显；但是1.5～4.5%之间的镍含量对于提高焊缝金属的铁素体基体的低温韧性效果明显，因此，镍含量为1.5～4.5%。

Cr：是有效提高焊缝金属淬透性的元素之一，从而提高焊缝金属强度；但是但当其含量超过1.0%后，会显著促进侧板条铁素体和贝氏体的生产，对低温韧性不利，因此，其含量为0.3～1.0%。