本發(fā)明涉及焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種海洋工程用焊絲及其冶煉方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著海洋工程、船舶制造等領(lǐng)域的制造逐步向高性能、高強(qiáng)度方向發(fā)展，高強(qiáng)鋼代替普通鋼已經(jīng)成為更多行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。船舶制造、工程機(jī)械、港口機(jī)械及海洋裝備等領(lǐng)域采用高強(qiáng)鋼，一方面可以增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，減輕自重，另一方面能夠顯著降低總造價(jià)。
高強(qiáng)鋼的焊接一直是焊接界不斷探索解決的問題，目前，國(guó)內(nèi)與高強(qiáng)鋼配套的焊接材料中，雖然焊縫金屬的強(qiáng)度能夠滿足母材的要求，但焊縫金屬的塑性、韌性難與母材匹配，抗裂性能較差，對(duì)氣孔比較敏感，且現(xiàn)有的高強(qiáng)度焊接材料基本沒有考慮焊縫的耐腐蝕性，耐腐蝕性較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種耐腐蝕較好的海洋工程用焊絲。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，提供一種海洋工程用焊絲，所述焊絲包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
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%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
焊絲中加入合適的Ni、Cr、Ti等微量合金元素，可以促使在焊縫金屬中產(chǎn)生大量高密度位錯(cuò)的細(xì)針狀鐵素體組織。
Ni：Ni是合金鋼中一個(gè)重要元素，它作為合金鋼元素特意加入鋼內(nèi)可增加鋼的彈性、延展性、抗蝕性，使鋼具有極高的機(jī)械性能：可使鋼具有韌性、防腐抗酸性、高導(dǎo)磁性，并使晶粒細(xì)化，提高淬透性，增加硬度等；
加入Ni元素能夠使CCT曲線右移，降低奧氏體的相轉(zhuǎn)變溫度，促進(jìn)焊縫針狀鐵素體的形成，提高焊縫金屬的低溫韌性。
通過合理的成分設(shè)計(jì)和調(diào)控，在滿足與母材強(qiáng)韌性匹配的條件下，減少貴重金屬Ni的含量，能夠降低焊接材料的生產(chǎn)成本。
Cr：Cr能提高鋼的機(jī)械性能和耐磨性，增加鋼淬火的變形能力，增加鋼的硬度、彈性、抗磁性、耐蝕性和耐熱性等；加入Cr元素，一方面通過固溶強(qiáng)化提高了焊縫金屬的強(qiáng)度，另一方面通過推遲奧氏體的相轉(zhuǎn)變溫度，促進(jìn)低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成，提高焊縫金屬的強(qiáng)韌性。
Mo：Mo在鋼中可增強(qiáng)鋼的強(qiáng)度而不減其可塑性及韌性,同時(shí)能使鋼在高溫下有足夠的強(qiáng)度和改善鋼的耐蝕性和冷脆性。
Ti：Ti能夠防止鋼中產(chǎn)生氣泡及改善鋼的品質(zhì)和提高其機(jī)械性能，加入Ti等微合金元素，在細(xì)化焊縫組織的同時(shí)，可降低焊縫金屬的含氧量和含氮量，提高焊縫金屬的低溫韌性；在焊絲中添加能夠形成高熔點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的元素Ti，抑制焊縫金屬的晶粒長(zhǎng)大，使其適用于大電流焊接，提高焊接效率。
Mn、Si、P等元素在焊接過程中是碳主要的還原劑，尤其是Mn、Si元素是焊縫的主要脫氧劑，有利于減少焊縫中氣孔的產(chǎn)生，從而提高焊接接頭的質(zhì)量；Mn在煉鋼及焊接時(shí)也是脫硫劑。Mn可以和S反應(yīng)作用以防止熱脆并提高鋼的可鍛性。同時(shí)Mn、Si也是保證焊縫強(qiáng)度的主要元素，尤其是Mn元素能顯著提高焊縫的強(qiáng)度，Mn含量超過1.0%時(shí)可明顯提高強(qiáng)度，特別耐磨，適量的Si也可以提高焊縫的強(qiáng)度，并且增加焊接時(shí)焊縫鐵水的流動(dòng)性能；P也能使鋼的強(qiáng)度及硬度顯著提高，但使塑性及韌性下降，特別是使鋼的脆性轉(zhuǎn)變隨溫度升高，提高了鋼的冷脆性，所以要嚴(yán)格控制上限值范圍。
另外Mn和Si對(duì)焊接接頭韌性的影響也比較復(fù)雜，研究表明，低合金鋼氣保焊絲焊縫Mn、Si含量過多，韌性下降，只有當(dāng)錳硅有合適的比例時(shí)，低溫沖擊吸收功最佳，硅與錳的含量可以降低焊縫中的含氧量，但這里更重要的是改變了焊縫的組織，因而對(duì)韌性有很大的影響。
單純采用增加Mn、Si含量來(lái)提高焊縫的韌性是有限的，特別是在大線能量進(jìn)行焊接時(shí)，仍難以避免產(chǎn)生粗大先共析鐵素體和側(cè)板條鐵素體。因此向焊縫中加入細(xì)化晶粒的合金元素如Ni、Mo、Ti、B等其中的一種或多種元素的組合能進(jìn)一步改善組織，提高焊縫的韌性。
稀土元素的存在，使Ti向焊接金屬的提取率提高，容易將焊接金屬中生成的夾雜物的組成控制為Ti系氧化物組成，有助于抑制高溫裂紋。
焊絲中加入適量Cu、稀土，并通過優(yōu)化Cr、Ni、Mn、Si、Cu、稀土合金元素含量，能提高焊縫金屬的耐腐性能。
B：微量的B能提高鋼的淬透性，提高鋼的高溫強(qiáng)度，強(qiáng)化晶界的作用。
本發(fā)明采用低碳、多種元素合金化、Ti、B、Zr等微合金、嚴(yán)格控制S、P、O、N等雜質(zhì)元素含量的成分設(shè)計(jì)思想，提高焊縫金屬的抗裂性能，降低焊接飛濺和氣孔敏感性。
Ti在焊縫中能夠保護(hù)B不被氧化，因此，B可作為原子狀態(tài)偏聚于晶界，這些聚集在y晶界的B原子，降低了晶界能，抑制了先公析鐵素體（包括粒界鐵素體GBF和側(cè)板條鐵素體FSP）的形核與生長(zhǎng)，從而促進(jìn)生成針狀鐵素體，改善了焊縫組織的韌性。
優(yōu)選的，所述海洋工程用焊絲包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
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%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選的，所述海洋工程用焊絲包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
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%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明還提供一種冶煉方法，用于上述的海洋工程用焊絲，所述方法包括如下步驟：
A、向爐膛內(nèi)加入鐵水及廢鋼料，其比例為8.8:1.2，控制鐵水溫度在770-790℃，
B、搖正爐體，降罩，保溫10-20分鐘；
C、下氧槍開始吹煉，同時(shí)加入石灰，加入生石灰的量與上述鐵水的比例為0.1：8.8，用于造渣、脫磷，保持20-30分鐘；
E、繼續(xù)吹煉3min后，鋼水溫度提升到1530℃，加入第二批石灰，第二批生石灰加入量與第一批石灰的比例為：0.7：1，保溫維持35分鐘，用于造渣，脫磷脫硫；
D、繼續(xù)吹煉14min，使鋼水溫度達(dá)到1670℃，保溫10-20分鐘；
E、操作出鋼，按17-19kg/t的比例向鋼包內(nèi)加入硅錳合金，用于脫氧脫碳，并促使鋼水合金化；
F、出鋼后，鋼包吹氬，然后按比例加入銅、鎳、鉬合金元素，混合后，相應(yīng)按比例加入鉻元素，最后加入鈦、硼、鋯微合金元素，以調(diào)整成分和溫度，完成一次吹煉，合金加入量=出鋼量*合金含量*合金利用率；
G、精煉：添加釔基重稀土，加入量為鋼包步驟F鐵水的0.15-0.25%；
H、微調(diào)：根據(jù)出鋼后化驗(yàn)出的各元素含量數(shù)值，進(jìn)行成分微調(diào)，將缺少量的合金元素直接加入鋼包，用電極送電加溫，用吹氬使鋼水成分均勻，加熱時(shí)蠕動(dòng)模式擴(kuò)散脫氧，氬氣流量控制在10-20nl/h，提升電極強(qiáng)攪拌模式脫硫和去除夾雜，氬氣流量控制在100-150nl/h，出鋼蠕動(dòng)模式軟吹氬，氬氣流量控制在10-20nl/h，最后取樣化驗(yàn)，合格后進(jìn)行澆鑄。
所述釔基重稀土在焊絲原材料冶煉過程中加入，由于釔基重稀土的添加，使合金中的Si更易以SiO2的形式存在于鈍化膜中，增大了SiO2在鈍化膜中的比例,從而使合金形成富SiO2鈍化膜的能力得到充分發(fā)揮,進(jìn)而提高合金的耐腐蝕性能。
本發(fā)明提供的海洋工程用焊絲熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度應(yīng)在600MPa以上，屈服強(qiáng)度在480MPa以上，并且有極好的沖擊韌性，沖擊功在-50℃時(shí)≥95J，延伸率≥22%，熔敷金屬相對(duì)腐蝕率≤8%。
具體實(shí)施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案,下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種海洋工程用焊絲，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
C：0.05%，Si：0.36%，Mn：1.30%，Cu：0.36%，Ti：0.12%，Ni：0.85%，Cr：0.11%，Mo：0.05%，S：0.01%，P：0.01%，B：0.001%，Zr：0.005%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種冶煉方法，用于上述的海洋工程用焊絲，所述方法按照如下步驟進(jìn)行：
A、向爐膛內(nèi)分別加入88t鐵水及12t廢鋼料，控制鐵水溫度在770℃，
B、搖正爐體，降罩，保溫10分鐘；
C、下氧槍開始吹煉，同時(shí)加入1t生石灰，用于造渣、脫磷，保持20分鐘；
E、繼續(xù)吹煉3min后，鋼水溫度提升到1520℃，加入0.7t生石灰，保溫維持35分鐘，用于造渣，脫磷脫硫；
D、繼續(xù)吹煉14min，使鋼水溫度達(dá)到1670℃，保溫10分鐘；
E、操作出鋼，按17kg/t的比例向鋼包內(nèi)加入硅錳合金，用于脫氧脫碳，并促使鋼水合金化；
F、出鋼后，鋼包吹氬，然后按比例加入銅、鎳、鉬合金元素，混合后，相應(yīng)按比例加入鉻元素，最后加入鈦、硼、鋯微合金元素，以調(diào)整成分和溫度，完成一次吹煉，合金加入量=出鋼量*合金含量*合金利用率；
G、精煉：添加釔基重稀土，加入量為鋼包步驟F鐵水的0.15%；
H、微調(diào)：根據(jù)出鋼后化驗(yàn)出的各元素含量數(shù)值，進(jìn)行成分微調(diào)，將缺少量的合金元素直接加入鋼包，用電極送電加溫，用吹氬使鋼水成分均勻，加熱時(shí)蠕動(dòng)模式擴(kuò)散脫氧，氬氣流量控制在10nl/h，提升電極強(qiáng)攪拌模式脫硫和去除夾雜，氬氣流量控制在100nl/h，出鋼蠕動(dòng)模式軟吹氬，氬氣流量控制在10nl/h，最后取樣化驗(yàn)，合格后進(jìn)行澆鑄。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種海洋工程用焊絲，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
C：0.09%，Si：0.55%，Mn：1.55%，Cu：0.45%，Ti：0.25%，Ni：1.2%，Cr：0.19%，Mo：0.06，S：0.004%，P：0.006%，B：0.002%，Zr：0.006%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種冶煉方法，用于上述的海洋工程用焊絲，所述方法按照如下步驟進(jìn)行：
A、向爐膛內(nèi)分別加入88t鐵水及12t廢鋼料，控制鐵水溫度在790℃，
B、搖正爐體，降罩，保溫20分鐘；
C、下氧槍開始吹煉，同時(shí)加入1t生石灰，用于造渣、脫磷，保持30分鐘；
E、繼續(xù)吹煉3min后，鋼水溫度提升到1540℃，加入0.7t生石灰，保溫維持35分鐘，用于造渣，脫磷脫硫；
D、繼續(xù)吹煉14min，使鋼水溫度達(dá)到1670℃，保溫20分鐘；
E、操作出鋼，按19kg/t的比例向鋼包內(nèi)加入硅錳合金，用于脫氧脫碳，并促使鋼水合金化；
F、出鋼后，鋼包吹氬，然后按比例加入銅、鎳、鉬合金元素，混合后，相應(yīng)按比例加入鉻元素，最后加入鈦、硼、鋯微合金元素，以調(diào)整成分和溫度，完成一次吹煉，合金加入量=出鋼量*合金含量*合金利用率；
G、精煉：添加釔基重稀土，加入量為鋼包步驟F鐵水的0.25%；
H、微調(diào)：根據(jù)出鋼后化驗(yàn)出的各元素含量數(shù)值，進(jìn)行成分微調(diào)，將缺少量的合金元素直接加入鋼包，用電極送電加溫，用吹氬使鋼水成分均勻，加熱時(shí)蠕動(dòng)模式擴(kuò)散脫氧，氬氣流量控制在20nl/h，提升電極強(qiáng)攪拌模式脫硫和去除夾雜，氬氣流量控制在150nl/h，出鋼蠕動(dòng)模式軟吹氬，氬氣流量控制在20nl/h，最后取樣化驗(yàn)，合格后進(jìn)行澆鑄。
實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種海洋工程用焊絲，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
C：0.08%，Si：0.50%，Mn：1.48%，Cu：0.40%，Ti：0.19%，Ni：1.10%，Cr：0.16%，Mo：0.07，S：0.005%，P：0.007%，B：0.003%，Zr：0.007%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種冶煉方法，用于上述的海洋工程用焊絲，所述方法按照如下步驟進(jìn)行：
A、向爐膛內(nèi)加入鐵水及廢鋼料，其比例為8.8:1.2，控制鐵水溫度在780℃，
B、搖正爐體，降罩，保溫15分鐘；
C、下氧槍開始吹煉，同時(shí)加入石灰，加入生石灰的量與上述鐵水的比例為0.1：8.8，用于造渣、脫磷，保持25分鐘；
E、繼續(xù)吹煉3min后，鋼水溫度提升到1530℃，加入第二批石灰，第二批生石灰加入量與第一批石灰的比例為：0.7：1，保溫維持35分鐘，用于造渣，脫磷脫硫；
D、繼續(xù)吹煉14min，使鋼水溫度達(dá)到1670℃，保溫15分鐘；
E、操作出鋼，按18kg/t的比例向鋼包內(nèi)加入硅錳合金，用于脫氧脫碳，并促使鋼水合金化；
F、出鋼后，鋼包吹氬，然后按比例加入銅、鎳、鉬合金元素，混合后，相應(yīng)按比例加入鉻元素，最后加入鈦、硼、鋯微合金元素，以調(diào)整成分和溫度，完成一次吹煉，合金加入量=出鋼量*合金含量*合金利用率；
G、精煉：添加釔基重稀土，加入量為鋼包步驟F鐵水的0.20%；
H、微調(diào)：根據(jù)出鋼后化驗(yàn)出的各元素含量數(shù)值，進(jìn)行成分微調(diào)，將缺少量的合金元素直接加入鋼包，用電極送電加溫，用吹氬使鋼水成分均勻，加熱時(shí)蠕動(dòng)模式擴(kuò)散脫氧，氬氣流量控制在15nl/h，提升電極強(qiáng)攪拌模式脫硫和去除夾雜，氬氣流量控制在125nl/h，出鋼蠕動(dòng)模式軟吹氬，氬氣流量控制在15nl/h，最后取樣化驗(yàn)，合格后進(jìn)行澆鑄。
實(shí)施例4
本實(shí)施例提供一種海洋工程用焊絲，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
C：0.08%，Si：0.39%，Mn：1.37%，Cu：0.38%，Ti：0.19%，Ni：0.95%，Cr：0.15%，Mo：0.08，S：0.007%，P：0.006%，B：0.015%，Zr：0.008%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
實(shí)施例5
本實(shí)施例提供一種海洋工程用焊絲，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
C：0.06%，Si：0.47%，Mn：1.33%，Cu：0.37%，Ti：0.19%，Ni：0.89%，Cr：0.13%，Mo：0.09，S：0.007%，P：0.008%，B：0.025%，Zr：0.009%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
實(shí)施例6
本實(shí)施例提供一種海洋工程用焊絲，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
C：0.06%，Si：0.49%，Mn：1.54%，Cu：0.40%，Ti：0.20%，Ni：0.92%，Cr：0.18%，Mo：0.07，S：0.006%，P：0.005%，B：0.028%，Zr：0.010%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
實(shí)施例7
本實(shí)施例提供一種海洋工程用焊絲，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
C：0.07%，Si：0.51%，Mn：1.47%，Cu：0.44%，Ti：0.23%，Ni：1.17%，Cr：0.17%，Mo：0.07，S：0.004%，P：0.003%，B：0.019%，Zr：0.0058%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
實(shí)施例8
本實(shí)施例提供一種海洋工程用焊絲，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
C：0.05%，Si：0.37%，Mn：1.38%，Cu：0.42%，Ti：0.34%，Ni：1.05%，Cr：0.15%，Mo：0.06，S：0.005%，P：0.007%，B：0.002%，Zr：0.007%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
實(shí)施例9
本實(shí)施例提供一種海洋工程用焊絲，包括如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
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%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
上述實(shí)施例1至實(shí)施例9中的各組分含量對(duì)比如下表1所示，采用列表形式，組分的含量一目了然。
表1：不同實(shí)施例各組分含量
將上述實(shí)施例1至實(shí)施例9提供的海洋工程用焊絲，均采用80%Ar+20%CO2進(jìn)行保護(hù)，并采用相同的工藝進(jìn)行焊接，其焊接工藝參數(shù)如下表2所示：
表2：各實(shí)施例焊接工藝參數(shù)表
如表2所示，本發(fā)明各實(shí)施例中采用的焊接工藝參數(shù)均相等，以避免由于焊接參數(shù)不同引起的性能差異，影響對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的判斷。
采用上述工藝進(jìn)行焊接后，分別對(duì)各實(shí)施例焊絲的熔敷金屬的機(jī)械性能進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下表3所示：
表3：各實(shí)施例焊絲熔敷金屬的機(jī)械性能表
由表2可知，實(shí)施例7和實(shí)施例9中的焊絲的腐蝕率最低，對(duì)照組的腐蝕率最高，因此，對(duì)照組的耐腐蝕性能最差，又因?yàn)閷?shí)施例9中的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延展率相較于實(shí)施例7更好，因此，實(shí)施例9提供的海洋工程用焊絲的性能相對(duì)較好。
當(dāng)然，上述說明也并不僅限于上述舉例，本發(fā)明未經(jīng)描述的技術(shù)特征可以通過或采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述；以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案并非是對(duì)本發(fā)明的限制，參照優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換都不脫離本發(fā)明的宗旨，也應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍。