[發明專利]一種超高強海洋結構用鋼板F460Z埋弧焊接方法

有效

• 申請號: 201110002615.4
• 申請日: 2011-01-07
• 公開（公告）號: CN102049599A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 邱紅雷;李麗;張顯輝;楚覺非;王端軍;王徐;李定金;劉朝霞
• 申請（專利權）人: 南京鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23K9/18
• 分類號: B23K9/18;B23K9/095;B23K9/23;B23K9/235;B23K35/30
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 陳揚

技術領域

本發明屬于鋼鐵材料焊接領域，特別是涉及一種超高強海洋結構用鋼埋弧焊焊接方法。

背景技術

隨著我國海洋石油及天然氣開發步伐向深海的不斷邁進，大型海洋采油平臺得到了迅速發展，對海洋采油平臺用鋼的規格及強度韌性要求越來越高，傳統鋼材已經不能滿足這種要求，采用高強度高韌性的鋼材勢在必行。海洋采油平臺在開發油氣田工程中起著支撐所有設備及井架的作用，屬于持續承受重壓的大型構件，其重要性不言而喻。同時，海洋采油平臺的工作條件也很苛刻，服役時間跨越四季，工作環境溫差變化較大，在冬季更要經受低溫的考驗。隨著鋼材強度的提高，對鋼材的焊接質量要求也隨之提高，焊接是海洋結構用鋼必需經歷的一個重要的工藝過程，焊接接頭是海洋結構的重要組成部分，其質量直接影響到海洋結構的使用安全可靠性。如果采油平臺的焊接質量不過關，其后果不堪設想。要獲得質量良好的焊接接頭，必須解決高強度海洋結構的焊接關鍵技術。

為適應大型海洋結構建造需要及改善焊接性能，南京鋼鐵聯合公司采用Nb和Ti等多元（微）合金化技術，大幅度降低碳含量，并借助于控軋控冷技術，利用細化晶粒強化、位錯強化、析出強化和相變強化效果，研發生產的超高強海洋結構用鋼板F460Z，實物水平抗拉強度Rm為630MPa，屈服強度ReH為500MPa，－60℃沖擊功AKv達到285J，使鋼達到極佳的強韌性匹配。

由于采用多元（微）合金化技術，F460Z的碳含量為0.06%，碳當量Ceq為0.42%，焊接氫致裂紋敏感性及焊接熱影響區的性能惡化程度也隨之降低，但由于海洋平臺服役環境十分惡劣，除承受重力載荷處，還受到海浪、潮流、海冰、臺風、季風等海洋環境因素的影響，這就需要海洋結構用鋼焊接接頭具有更高的韌性、更細的晶粒、更低的硫含量和較低的硬度，以提高焊接接頭的抗裂性能，另外隨著強度級別的提高，板厚的加大，海洋結構用鋼冷裂紋傾向將增加。采用焊條電弧焊、藥芯焊絲氣保焊等焊接方法，所用焊接材料含氫量較高，焊接熱輸入量小，冷卻速度快，會增加冷裂紋的敏感性，需要采取必要的焊接措施，如焊前預熱等?。

為確保高強度海洋結構用鋼F460Z制造和運行安全，?對F460Z鋼焊接接頭的力學性能要求嚴格。焊接接頭的拉伸性能要求與母材基本相當；對接接頭各部位的低溫韌性Akv-60℃≥46JJ。該技術要求是目前我國海洋結構用鋼中要求最高的，也是世界先進水平。眾所周知，焊縫金屬存在鑄態組織，其強韌性主要由焊縫成分及焊接熱循環等條件決定。這特點就決定了焊縫金屬無論在成分上還是在組織結構上不可避免地與基材存在著一定的差異。焊縫金屬組織結構顯著影響焊接接頭的完整性及性能。對于弧焊焊縫，焊縫金屬合金含量、焊接方法及工藝是影響焊縫金屬組織的主要影響因素，其中，焊縫金屬合金含量起主導影響作用。合金元素Ni、Mo、Cr等元素對焊縫均有強化作用，同時在一定含量范圍內有助于減少焊縫的先共析鐵素體含量，從而提高焊縫的韌性。通過焊接材料對焊縫進行微合金化(Ti、B)，使焊縫獲得細針狀鐵素體。細針狀鐵素體組織細小，無方向性排列，它既可增加焊縫強度，又可提高焊縫韌性，并具有優良的止裂性能。不同的焊接工藝如不同熱輸入量也會導致焊縫中產生不同的組織結構。焊接熱輸入量是影響焊接接頭低溫沖擊韌性的關鍵。在較大焊接熱輸入條件下，焊縫金屬產生粗大先共析鐵素體、過熱區產生粗大粒狀貝氏體是焊接接頭低溫沖擊韌性降低的主要原因，使接頭性能下降到一個相對低的水平，往往是造成海洋結構產生斷裂、誘發空難性事故的根源。

為防止F460Z焊接時焊縫金屬脆化問題，合理匹配焊接材料、控制焊接熱輸入量的范圍以保證焊接接頭的各項力學性能滿足上述技術要求是技術關鍵之一。為了在海洋平臺實際建造過程中，兼顧高性能與高效率，使質量與成本達到合理的平衡，需要在焊接方法上進一步探索，針對F460Z鋼特定的成分范圍和技術條件，解決該鋼的焊接熱輸入量適應性問題及相關的工藝問題。具體包括以下幾個方面：

1.確定該鋼焊前預熱制度以避免接頭部位產生冷裂紋；

2.確定該鋼焊接熱影響區－60℃沖擊功≥47J的焊接熱輸入量控制范圍；

3.針對該鋼的接頭形式和板厚，提出合理的坡口形式和焊接方法；

4.針對該鋼焊接接頭綜合力學性能的要求，坡口形式和焊接方法，選用合適的焊接材料；

5.針對該鋼及接頭形式、坡口形式和焊接方法，提出合理的焊接工藝參數。