本發明屬于材料加工領域，尤其涉及海洋平臺用高錳高強韌中厚板氣保焊焊絲及其焊接工藝。
背景技術：
海洋平臺是由鋼結構焊接而成，其中高強鋼所占比例高達60％～90％，如何使高強鋼在合金設計上實現減量化，將會大大降低海洋平臺的建設成本。國內現有的690MPa級高強鋼均采用添加大量的Ni、Mo等貴重合金元素，如能通過合金設計，實現“以Mn/C代Ni”的成分設計思路，可以大幅度降低成本。首先，Mn是一種強奧氏體穩定元素，其價格只是Ni的1/5～1/20，其次，高Mn鋼具有優異的強度和塑性的綜合性能以及優異的低溫韌性，同時，由于奧氏體相的穩定性，使得其焊接性能也十分優異。高Mn鋼本身的優異綜合性能可以解決目前海洋平臺用690MPa級超高強鋼的低溫韌性差、高屈強比和焊接性能差等問題，能夠滿足未來深海和極地海洋平臺對超高強鋼安全性能和建造成本需求，這也是今后高強、高韌海洋平臺用鋼的重要發展方向。目前，以東北大學為首的科研團隊已經開發出新型“Mn/C”合金化690MPa級海洋平臺用高錳鋼中厚板。
“Mn/C”合金化的海洋平臺用中厚板作為一種新的海洋平臺用鋼，需要全新的焊接材料和焊接工藝。目前，國內沒有適用于屈服強度為690MPa級海洋平臺用高錳高強韌中厚板用氣保焊絲。因此，亟待開發出一種滿足690MPa級海洋平臺用高錳高強韌中厚板性能要求的氣保焊焊絲。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種海洋平臺用高錳高強韌中厚板氣保焊焊絲，焊絲所得焊接接頭具有良好的耐腐蝕性能，且綜合性能良好，尤其是低溫沖擊韌性。
本發明的另一個目的是提供一種海洋平臺用高錳高強韌中厚板氣保焊焊絲焊接工藝。
為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：
本發明提供一種海洋平臺用高錳高強韌中厚板氣保焊焊絲，該焊絲的化學成分按質量百分比表示為：C 0.01％～0.10％，Si+Mn 1.0％～3.0％，Ni 1.5％～3.0％，Mo 0.1％～0.8％，Cr≤0.20％，Al 0.003％～0.01％，Ti 0.01％～0.1％，P≤0.015％，S≤0.01％，Ce 0.03％～0.06％，余量為Fe和雜質。
優選地，該焊絲的化學成分按質量百分比表示為：C 0.01％～0.10％，Si+Mn 1.45％～3.0％，Ni 1.5％～3.0％，Mo 0.1％～0.8％，Cr 0.01％～0.20％，Al 0.003％～0.01％，Ti 0.01％～0.1％，P 0.005％～0.009％，S 0.02％～0.09％，Ce 0.03％～0.06％，余量為Fe和雜質。
所述焊絲適用屈服強度為690MPa級海洋平臺用高錳高強韌中厚板的焊接，同時也適用于屈服強度級別在690MPa以上的低合金高強鋼焊接。
所述焊絲通過冶煉、軋制、熱處理和拉拔工藝制備。
采用所述焊絲焊接的焊縫具有如下金屬力學性能：抗拉強度850～920Rm/MPa；屈服強度695～735Rp0.2/MPa；斷面收縮率20～22Z/％；延伸率68～75A/％；沖擊吸收功103～160Akv-40℃/J。
采用所述焊絲焊接的焊縫金屬的耐蝕性與母材相當。
本發明提供一種根據所述的海洋平臺用高錳高強韌中厚板氣保焊焊絲的焊接工藝，在熱輸入為10～25kJ的條件下，采用熔化極氣體保護焊進行試板焊接，保護氣體為80％Ar+20％CO2混合氣體，層間溫度小于150℃。
與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
1)本發明焊絲適用屈服強度為690MPa級海洋平臺用高錳高強韌中厚板的焊接，焊絲所得熔敷金屬和焊接接頭具有良好的耐腐蝕性能，且綜合性能良好，尤其是低溫沖擊韌性。
2)本發明焊絲同樣適用于強度級別在690MPa以上的低合金高強鋼焊接。
3)本發明焊絲具有優良的焊接工藝性能。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明進行進一步說明。
本發明一種海洋平臺用高錳高強韌中厚板氣保焊焊絲，其化學成分按質量百分比表示為：C 0.01％～0.10％，Si+Mn 1.0％～3.0％，Ni 1.5％～3.0％，Mo 0.1％～0.8％，Cr≤0.20％，Al 0.003％～0.01％，Ti 0.01％～0.1％，P≤0.015％，S≤0.01％，Ce 0.03％～0.06％，余量為Fe和雜質。
本發明焊絲適用屈服強度為690MPa級海洋平臺用高錳高強韌中厚板的焊接，同時也適用于屈服強度級別在690MPa以上的低合金高強鋼焊接。
本發明焊絲通過冶煉、軋制、熱處理和拉拔工藝制備。
采用本發明焊絲焊接的焊縫具有如下金屬力學性能：抗拉強度850～920Rm/MPa；屈服強度695～735Rp0.2/MPa；斷面收縮率20～22Z/％；延伸率68～75A/％；沖擊吸收功103～160Akv-40℃/J。
采用本發明焊絲焊接的焊縫金屬的耐蝕性與母材相當。
為了保證焊絲的強度，必須加入一定量的碳，但碳含量較高將會對韌性和耐腐蝕性能產生不利影響，故本焊絲碳含量范圍選擇0.01％～0.10％。
采用Ni提高焊縫的低溫沖擊韌性，降低韌脆轉變溫度。為了保證焊縫金屬具有一定的塑韌性，應加入適量鎳，本發明鎳含量選擇1.5％～3.0％。
Cr可以提高鋼材耐蝕性能，但含量過高，韌性會急劇下降。綜合考慮其對力學性能和耐蝕性的影響，Cr的合理范圍是≤0.20％。
Mo可以細化晶粒，提高強度和塑性。此外，Mo能有效提高鋼材的耐蝕性能。本發明Mo的范圍是0.1％～0.8％。
S和P的含量較低，主要是為了保證熔敷金屬具有高的低溫沖擊韌性、塑性和抗裂性。本發明P、S含量選擇分別為不大于0.015％和不大于0.01％。
采用Mn-Si復合脫氧，Mn-Si在合適的范圍內可以滿足焊接抗氣孔性能，并且獲得焊縫強韌性的最佳匹配。本發明Mn+Si總量為1.0％～3.0％。
Al是強氧化物形成元素，具有很強的脫氧和細化晶粒的作用，因此在焊接過程中Al能夠減少其他合金元素的燒損。有關研究表明焊縫中加入適量的鋁含量會使針狀鐵素體含量增加，從而改善焊縫韌性。本發明Al含量選擇0.003％～0.01％。
Ti為有效脫氧的元素，同時Ti可以促進針狀鐵素體的形成，進而提高焊縫金屬的韌性。但是Ti含量過高會降低焊縫的低溫韌性。因此，本發明Ti含量為0.01％～0.1％。
通過合金元素的合理搭配，使焊縫獲得細小針狀鐵素體組織，滿足對焊縫的綜合性能要求。
本發明還提供使用上述焊絲的焊接工藝，具體步驟如下：在熱輸入為10～25kJ的條件下，采用熔化極氣體保護焊進行試板焊接，保護氣體為80％Ar+20％CO2混合氣體，層間溫度小于150℃。
對于焊接而言，由于焊接結構無法利用變形加工和熱處理手段來提高焊縫的強韌性，焊縫金屬無法避免晶粒粗大，組織疏松等不利因素，其性能主要依靠合金化來實現，因此焊絲成分設計必須考慮諸多方面的因素。
實施例
實施例1、實施例2、實施例3、實施例4和實施例5根據表1的焊絲的化學成分進行控制冶煉，對冶煉好的鋼錠軋制成盤條，再進行熱處理、拉拔，最終獲得Ф1.2mm的焊絲。
表1焊絲化學成分(質量百分數)
采用上述5種焊絲(實施例1、實施例2、實施例3、實施例4和實施例5)進行了接頭焊接，焊接熱輸入15kJ/cm，層溫120℃。
采用本發明實施例1～5焊絲焊接的焊縫金屬力學性能如下表2所示。
表2焊縫金屬力學性能
采用周浸試驗考察焊縫金屬耐蝕性能。周浸試驗試樣尺寸為60mm×50mm×3mm，3個平行樣品。試驗設備為FL-65周浸腐蝕試驗箱。試驗周期60min(浸泡12min，干燥48min)，試驗時間為360h。取出試樣后，按GB/T 16545-1996去除腐蝕產物，觀察表面腐蝕情況。并對局部腐蝕深度進行測量，結果見表3。整體看來，焊縫金屬的耐蝕性與母材相當。
表3腐蝕深度測量結果
本發明的氣保焊絲，適用于強度級別為690MPa以上低合金高強鋼的焊接，特別適用于690MPa級海洋平臺用高錳高強韌中厚板的焊接。