海洋工程830MPa高強鋼焊接材料研究

法國液化空氣焊接公司CTAS實驗室 A-E.Traizet, E.Galand, C.Chovet, B.Leduey 高鵬程 莫青杉 譯

1.概述

高強鋼以其重量輕的優勢廣泛應用于自升式海洋平臺中，目前海洋工程領域廣泛使用690MPa級高強鋼。為了進一步降低平臺的重量，全球最大鋼鐵集團ArcelorMittal旗下INDUSTEEL鋼廠開發了830MPa級的高強鋼SUPERELSO830，該鋼經熱軋、淬火及回火工藝，全板厚上的韌性保證值為50J/－60℃，屈服強度≥830MPa，提供89mm和160mm兩種板厚。

為解決SUPERELS O830的焊接問題，INDUSTEEL和法國液化空氣焊接集團合作開發了焊條電弧焊及藥芯焊絲埋弧焊工藝，焊態下的試驗結果表明，該焊接方案完全滿足各項性能要求。

2.埋弧焊解決方案

液空焊接集團專門研發了一種埋弧藥芯焊絲來焊接SUPERELSO830鋼。和690MPa級焊接材料一樣，通過添加合金元素（鎳、鉻、鉬）來增加焊縫的力學性能，但也使得焊縫韌性降低，故必須優化化學成分來獲得韌性和屈服強度的平衡，為此，各項特殊措施用以確保優良的韌性水平，如使用高堿度焊劑來確保焊縫低氧含量、低擴散氫含量等。

液空焊接集團研發的φ3.2mm埋弧焊藥芯焊絲FLUXOCORD83，配合焊劑OP121TT/W使用，進行了全焊縫金屬以及焊接接頭的試驗，試板尺寸為1000mm×350mm×160mm，焊接參數如表1所示。

表1 焊接參數

表2是母材及全焊縫金屬的化學分析。和690MPa級鋼相比，該成分具有較高的鎳含量，這讓材料獲得了更高的屈服強度。表3綜合介紹了全焊縫金屬和接頭的力學性能。可以看到，全焊縫金屬的屈服強度高出母材規定的最低值830MPa，抗拉強度高于母材規定的最低值870MPa，沖擊值高于母材規定的47J/－60℃。

表2 SUPERELSO 830和全焊縫金屬化學成分(FLUXOCORD 83/OP121TTW)

表3 全焊縫金屬和焊接接頭的力學性能(FLUXOCORD 83/OP121TTW)

值得注意的是，830MPa母材根部的韌性值比690MPa的根部韌性值要高，其主要原因為兩種母材化學成分具有較大差異，母材中很高的Ni含量（4.26%）使得稀釋后焊縫金屬的Ni含量也不會顯著降低，V含量也相對更低（0.031%對0.053%），并且雜質水平也較低。

3.焊條電弧焊解決方案

液空焊接集團也開發了SUPERELSO830的焊條電弧焊方案。使用φ3.2mm及φ4.0mm的TENACITO 83焊接全焊縫金屬和焊接接頭（2G），如圖1所示。試板尺寸為1500m m×350mm×160mm，10°K形接頭，焊接參數如表4所示。

表4 焊接參數

包括焊縫、熔合線及母材的沖擊韌性測量如圖2所示。由圖可以看出，熱影響區和母材區的韌性符合規定值。焊接接頭及全焊縫金屬的化學成分和力學性能如表5、表6所示。

圖1

圖2 焊接接頭的沖擊韌性

表5 母材及焊條全焊縫金屬的化學成分(TENACITO 83, φ4mm)

表6 全焊縫金屬和焊接接頭的力學性能（TENACITO83, φ4mm）

從表6可以看出，試驗結果完全滿足母材的要求（Ys≥830MPa，Ts≥870MPa，Kv（-60℃）≥50J）。同時也可以看出，埋弧焊和焊條電弧焊兩種解決方案熔敷金屬成分不盡一致，特別是鎳含量，焊條電弧焊焊縫金屬明顯高于埋弧焊焊縫金屬。

4.結語

試驗表明，焊接含鎳量高的830MPa高強鋼時，埋弧焊材料組合FLUXOCORD83 /OP121TT W和焊條電弧焊條TENACITO 83在強度、韌性方面都能很好地匹配鋼材SUPERELSO 830。