一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝及其制备方法与流程

本发明涉及焊接材料，尤其涉及一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球海洋油气资源开发规模持续扩大以及海上风电产业的快速发展，apix70、x80乃至x100级别的高强度管线钢在海洋工程中的应用日益广泛。海洋工程结构在服役过程中长期暴露于高浓度氯离子（cl-含量可达19000mg/l以上）的严苛腐蚀环境，同时承受波浪交变载荷、低温（部分海域冬季水温低于0℃）及结构自身重量引起的静载应力等多重因素的耦合作用。上述服役条件使得焊接接头极易发生以下失效模式：

2、1）、点蚀与缝隙腐蚀：氯离子破坏焊缝表面钝化膜，引发局部腐蚀并加速裂纹萌生；

3、2）、低温脆性断裂：焊缝组织在低温条件下韧性储备不足，冲击吸收功显著下降；

4、3）、腐蚀疲劳：腐蚀介质与交变应力协同作用，使疲劳裂纹扩展速率显著加快，大幅缩短结构服役寿命。

5、目前，市场上已有的海洋工程用药芯焊丝虽然在常规力学性能（如抗拉强度、屈服强度）方面能够满足api标准的基本要求，但仍存在以下共性技术缺陷：焊缝金属在海水和含h2s的酸性介质中的耐腐蚀能力有限，点蚀电位偏低，难以满足长寿命设计要求；熔敷金属中扩散氢含量较高（通常>5ml/100g），在厚板多层多道焊条件下氢致冷裂纹敏感性显著增加；焊缝组织中针状铁素体（af）体积分数不足，导致强度和韧性的匹配不理想；药芯配方中的造渣-造气体系对熔池的脱氧、脱硫、除气等净化作用有限，杂质元素和夹杂物含量偏高；在长期腐蚀-疲劳耦合工况下，焊缝金属的疲劳寿命下降明显，成为结构安全服役的薄弱环节。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题，提供了一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝及其制备方法。

2、本发明的技术方案为：一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝，包括低碳钢带外皮和填充于所述外皮内的药芯粉末，所述药芯粉末按照质量百分比包括以下组分：金红石18%～24%；铁粉22%～28%；镍粉3%～5%；钼粉1.0%～2.5%；铬粉2.5%～4.5%；锰粉6%～10%；硅粉1%～3%；氟化钙4%～8%；稀土氧化物0.3%～1.2%；ti-b复合细化剂0.2%～0.8%；纳米tin颗粒0.2%～0.6%；石墨0.3%～0.8%；余量为铁粉，以上组分的质量百分比之和为100%。

3、所述药芯粉末按照质量百分比包括以下组分：金红石21.0％；铁粉25.0％；镍粉4.0％；钼粉1.8％；铬粉3.5％；锰粉8.0％；硅粉2.0％；氟化钙6.0％；稀土氧化物0.8％；ti-b复合细化剂0.5％；纳米颗粒tin0.4％；石墨0.5％，其余为铁，各组分质量之和为100%。

4、所述药芯粉末的填充率为18wt%-25wt%。

5、所述稀土氧化物选自ceo2、la2o3或y2o3中的一种或多种。

6、所述ti-b复合细化剂包括钛铁粉和硼铁粉。

7、一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝的制备方法，包括：

8、步骤1: 按照质量百分比称取以下组分：金红石18%～24%；铁粉22%～28%；镍粉3%～5%；钼粉1.0%～2.5%；铬粉2.5%～4.5%；锰粉6%～10%；硅粉1%～3%；氟化钙4%～8%；稀土氧化物0.3%～1.2%；ti-b复合细化剂0.2%～0.8%；纳米tin颗粒0.2%～0.6%；石墨0.3%～0.8%；余量为铁粉，以上组分的质量百分比之和为100%；

9、步骤2：将步骤1称取的药芯粉末置于球磨罐中，选用不锈钢材质的球磨珠进行球磨；

10、步骤3:将步骤2球磨的药芯粉末均匀混合置于管式炉中并持续通入氩气，设置炉温为150℃，干燥时间为1h；烘干后的药芯粉末放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2h；

11、步骤4:将低碳冷轧钢在拉丝机上进行轧制，把步骤3制备得到的药芯粉末包裹在低碳冷轧钢内，通过模具使合金带闭合，再将粗焊丝直径减至1.6mm；

12、步骤5：对拉拔至成品直径的药芯焊丝进行表面电化学镀铜处理，镀铜层厚度控制在0.3～0.5μm范围内；

13、步骤6：将镀铜后的成品药芯焊丝按规定的盘重绕制成盘，置于铝塑复合真空包装袋中，抽真空至-0.095mpa以下后充入高纯氩气，密封保存。

14、步骤2中，

15、选取直径5mm、10mm、20mm的球磨珠，球磨转速达到300r/min，球磨时间为2~3小时，所得到的粉末粒径为15~45µm。

16、本发明在工作中，首次采用稀土氧化物、纳米tin和ti-b复合细化剂构成三元协同体系，通过稀土净化熔池、纳米tin提供异质形核核心、ti-b促进针状铁素体形成的递进作用机理，实现了焊缝组织的深度净化和超细化。氟化钙、稀土氧化物和石墨的超低氢协同体系，有效控制氢含量。本发明提供了一种兼具高抗拉强度、优异低温韧性、超低扩散氢含量和优异耐海水腐蚀性能的新型药芯焊丝，对于保障海洋工程结构的安全性和延长服役寿命具有重要的工程意义和经济价值。

1.一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝，包括低碳钢带外皮和填充于所述外皮内的药芯粉末，其特征在于，所述药芯粉末按照质量百分比包括以下组分：金红石18%～24%；铁粉22%～28%；镍粉3%～5%；钼粉1.0%～2.5%；铬粉2.5%～4.5%；锰粉6%～10%；硅粉1%～3%；氟化钙4%～8%；稀土氧化物0.3%～1.2%；ti-b复合细化剂0.2%～0.8%；纳米tin颗粒0.2%～0.6%；石墨0.3%～0.8%；余量为铁粉，以上组分的质量百分比之和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉末按照质量百分比包括以下组分：金红石21.0％；铁粉25.0％；镍粉4.0％；钼粉1.8％；铬粉3.5％；锰粉8.0％；硅粉2.0％；氟化钙6.0％；稀土氧化物0.8％；ti-b复合细化剂0.5％；纳米颗粒tin0.4％；石墨0.5％，其余为铁，各组分质量之和为100%。

3.根据权利要求1所述的一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝，其特征在于，所述药芯粉末的填充率为18wt%-25wt%。

4.根据权利要求1所述的一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝，其特征在于，所述稀土氧化物选自ceo2、la2o3或y2o3中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝，其特征在于，所述ti-b复合细化剂包括钛铁粉和硼铁粉。

6.权利要求1-5中任一所述的用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的用于海洋焊管高耐蚀低氢药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤2中，