[发明专利]一种海洋工程用吉帕级高强高韧钨极氩弧焊焊材及其应用

说明书

本发明公开了一种海洋工程用吉帕级高强高韧钨极氩弧焊焊材及其应用，属于焊接技术领域。该焊材化学成分为（wt.%）：C：0.09‑0.14%、Cr：0.20‑0.40%、Ni：5.0‑6.0%、Mo：0.60‑0.75%、Mn：1.00‑1.30%、Si：0.30‑0.50%、V：0.18‑0.25%、N≤0.006%、P≤0.02wt.%、S≤0.02wt.%，余量为铁及不可避免的杂质。本发明焊材适用于超高强度级别海洋工程结构件的焊接，焊接时，飞溅小，过程稳定，工艺性能好。本发明开发的高强高韧钨极氩弧焊焊材能够得到符合要求性能的熔敷金属。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种海洋工程用吉帕级高强高韧钨极氩弧焊焊材及其应用，该焊材应用于超高强度级别海洋工程结构件的焊接。

背景技术

海洋资源是21世纪世界经济和军事竞争的制高点，我国“十四五”规划重点提出要加快建设海洋强国的步伐，海洋工程用钢是拓展海洋空间和开发海洋资源的物质基础，是提升海洋国防实力和维护海洋权益的保障。由于服役环境的越发苛刻以及大型化、轻量化需求的增加，海洋工程用钢正向高强、高韧方向快速发展。焊接对海洋工程结构的应用至关重要，焊接接头的质量关系到海洋工程焊接结构服役期间的稳定性和安全性。但生产实践表明，随着钢材强度级别的提高，焊接难度增大，焊接裂纹、接头强韧性不匹配等问题突出，加大了配套焊接材料研制以及焊接工艺制定的难度，制约了新型高强高韧海洋工程用钢的推广和应用。

虽然熔化极活性气体保护焊效率高，但其较大的热输入导致熔敷金属内部形成粗大的柱状晶，且熔敷金属中存在大量的夹杂物，不仅明显降低其强度，同时恶化其韧性。因此，热输入小且对熔池保护充分的非熔化极惰性气体保护焊已开始应用于高强钢的焊接领域。目前，采用非熔化极惰性气体保护焊及Fe-Cr-Ni-Mo系焊材已能制备出满足强韧性匹配的785MPa级海洋工程用焊接结构，但尚未开发出吉帕级海洋工程用高强高韧焊材。

因此，亟待研发出一种海洋工程用吉帕级高强高韧钨极氩弧焊焊材，促进我国海洋工程产业的快速发展。

发明内容

为了解决吉帕级高强高韧海洋工程用钢无配套高强高韧焊材的问题，本发明的目的在于提供一种海洋工程用吉帕级高强高韧钨极氩弧焊焊材及其应用，该焊材适用于超高强度级别海洋工程结构件的焊接。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种海洋工程用吉帕级高强高韧钨极氩弧焊焊材，按重量百分比计，该焊材的化学成分如下：

C：0.09-0.14%、Cr：0.20-0.40%、Ni：5.0-6.0%、Mo：0.60-0.75%、Mn：1.00-1.30%、Si：0.30-0.50%、V：0.18-0.25%、N≤0.006%、P≤0.02wt.%、S≤0.02wt.%，余量为铁及不可避免的杂质。

在本发明中，C元素是该焊材中最重要元素之一，具有固溶强化的效果，较高C含量促进马氏体和贝氏体复合组织的形成，从而提高熔敷金属的基体强度，但过高的C含量容易导致熔敷金属出现冷裂纹。

在本发明中，Cr元素能够提高熔敷金属淬透性，有益于马氏体和贝氏体复合组织的获得，但过高的Cr含量会影响贝氏体或马氏体形核和长大动力学，粗化基体组织，降低熔敷金属的韧性。

在本发明中，Ni元素是该焊材中主要的合金元素，Ni能够降低熔敷金属的韧脆转变温度，明显提高其低温韧性，Ni也可以提高熔敷金属的淬透性，促进低温相变的进行，细化马氏体或者贝氏体，但过量的Ni会促进聚合贝氏体的形成，恶化熔敷金属的韧性。

在本发明中，Mo元素既是促进马氏体和贝氏体组织形成元素，也是纳米级团簇和碳化物的形成元素，可明显提高熔敷金属的强度。

在本发明中，Mn元素是是扩大奥氏体区的元素，较高的Mn含量有助于马氏体和贝氏体的转变，以提高熔敷金属的强度，Mn也具有良好的脱硫、脱氧作用。