本发明属于焊材技术领域，尤其是涉及一种高强度耐蚀的低镍焊条。
背景技术：
随着国民经济和现代工业的发展，我国开发海洋资源的需求愈发增强。但是与欧美、日韩等国家相比，我国海洋工程发展较晚，主要使用屈服强度为355-460mpa的d、e及f级钢板，用钢的强度不高、规格不全、耐腐蚀性能较差、配套工艺不完善，限制了我国自主开发海洋资源的能力。随着海洋资源开发向深海和极地地区的发展，使得海工装备呈现深水化、大型化的显著趋势，其服役环境更恶劣，结构形式更复杂，推动了海工钢向着高强度、高韧性、易焊接性、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大规格化方向发展。中国作为全球主要的海工装备制造大国，海工装备制造业业“大而不强”，产品偏低端化，配用材料的品种、规格还不完善，特别是大厚度耐蚀超高强海工钢配套焊材的国产化程度低，将近70％的高端海工焊材仍需进口。所以亟需开发适用于大厚度、高强高韧、高纯度超低氢、耐腐蚀海工钢焊接材料。
近几年，国内钢企在q690级高强海工钢材发展方面取得了较大成就，已试制了最大厚度178mm的调制齿条钢。但国内配套焊接材料的研制开发远落后于钢材，限制了国产海洋工程装备的发展，尤其是大厚板焊接用高强高韧、高耐蚀国产焊材已成为国内化工装备制造业自主化的最大短板。目前，国内海工装备使用的高强焊材由国外知名焊材企业提供，如奥林康、伯乐、林肯、伊萨、神钢、新日铁等，其推出的690mpa级海工系列焊材已在国内外有广泛的应用。进口焊材焊接操作工艺性能好，焊缝成形美观、焊工容易操作，尤其是在抗低温冲击韧性和焊缝返修率上表现突出，但其价格昂贵，交货周期长。国内焊材企业和科研院所在高强高韧焊材方面有了一定的研究成果，如国产的thj807rh、gel-118焊条、gfr-110k3气保护药芯焊丝用于焊接q690e级钢板(最大厚度可达100mm)，但是国内高强海工焊接材料在焊接工艺上与进口焊接材料存在一定的差距。
由于其愈发严苛的服役环境，海工装备中焊接材料必须要有好的耐腐蚀能力，另外要求焊缝金属冷裂纹敏感性小，保证满足高强度要求，提高焊缝金属和热影响区的韧性以及较低的稀释率。而且为了减轻自重并承担高压，一般都采用低合金高强钢，因此焊材的设计也应满足低合金高强高韧性的要求。此外，焊接构件还需要在低温下服役，要求焊道扩散氢含量较低，以防止氢致裂纹，还要求焊材具有较好的抗低温冲击韧性。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种高强度耐蚀的低镍焊条，为具有高强高韧、低镍含量、低氢含量以及高纯净度的碱性低氢焊条，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高强度耐蚀的低镍焊条，其熔敷金属的合金成分的质量百分比为c0.03-0.06％、si0.1-0.3％、mn1.0-1.7％、mo0.2-0.55％、ni0.4-1.0％、cr0.2-0.4％、cu0.2-0.35％、s≤0.006％、p≤0.012％，余量为fe及不可避免的杂质，各组分的质量百分比之和为100％。其中不可避免的杂质的含量≤0.035％；
作为优选，碳当量：ce＝[c]+[mn]/6+([cr]+[mo]+[v])/5+([ni]+[cu])/15(％)，熔敷金属中碳当量的范围0.32-0.62％；冷裂纹敏感指数pcm＝[c]+([mn]+[cr]+[cu])/20+[si]/30+[mo]/15+[ni]/60+[v]/10+5[b](％)，pcm的数值范围在0.12-0.25％；其中[c]、[mn]、[cr]、[mo]、[ni]、[cu]、[si]分别代表c、mn、cr、mo、ni、cu、si在熔覆金属中的质量百分比。
q690e钢材的碳当量一般在0.5-0.7％，而本发明中的焊条，碳当量的数值在0.35-0.60％，小于母材的碳当量含量，因此在焊接前可以对钢板低预热，预热温度一般控制在80℃即可，碳当量值不高于0.4％时，且板厚不超过30mm时可以不预热；减少了生产的时间和成本。
作为优选，其由药皮以及焊芯组成，其中，
药皮包括如下重量分数的组分，大理石粉20-45份；萤石粉15-25份、一级金红石粉3-7份、硅铁粉3-6份、锰铁粉4-7份、硅微粉3-5份、碳酸钙3-5份、合金剂10-15份、纯碱0.5-1份、海藻酸钠0.5-1份。
作为优选，焊芯组分的质量百分比为，c≤0.03％、si≤0.03％、s≤0.007％、p≤0.007％、ni≤0.05％、mo≤0.05％、cr≤0.05％、cu≤0.05％、mn0.4-0.6％，余量为铁和不可避免的杂质。
作为优选，所述合金剂为金属铬粉、镍粉、铜粉、钼粉、钛-铁-碳合金粉、稀土硅铁粉的混合物，其中，铬粉、镍粉、铜粉、钼粉、钛-铁-碳合金粉(ti：fe：c＝6.5：3.28：0.22)、稀土硅铁粉的质量比为(0.6-1.1)：(1-2.5)：(0.4-0.7)：(0.5-1.3)：(5.9-6.9)：(0.4-2)。
作为优选，钛-铁-碳合金粉中，ti：fe：c的质量比为6.5：3.28：0.22。
本发明同时提供如上所述的高强度耐蚀的低镍焊条在海工钢材焊接中的应用。除适用于海洋工程，也可用于石油化工、桥梁建设等领域。
作为优选，在焊接前把焊条放入焊条烘干炉中经380-400℃烘焙1-2小时，放入保温箱中备用，防止焊条受潮；电源极性采用直流反接，电流控制在140-170a，优选的，160a；采用短弧焊接，焊道温度控制在120-150℃，焊接热输入量在10-25kj/mm。
本发明的焊条是低合金体系，经过计算后，对比现有的高强高韧焊条，碳当量低，冷裂纹敏感指数小，所以在焊接时，焊接热输入的范围可以在10-25kj/mm，而且焊前预热温度低(80℃)，有的不需要预热处理。
焊接前，根据工艺要求制备坡口，打磨坡口，去除其表面的氧化层、油污及水渍。
焊接后，进行消氢处理，用石棉覆盖在钢板上，使焊接接头在200-250℃下保温1-2小时，缓冷至室温。
本发明也提供如上所述的高强度耐蚀的低镍焊条在q690e级高强海工钢材焊接中的应用。
本发明所述焊条焊接的熔敷金属为cr-ni-cu耐蚀合金体系，再配合mo、ti元素的共同作用，焊缝金属在保证高强度的同时，还可以具有良好的低温冲击韧性和耐蚀性，焊缝金属的强度高(rm≥770mpa)。扩散氢含量控制在4ml/100g以下(水银法)。焊缝金属中：c≤0.06％、s≤0.006％、p≤0.012％，纯净度高。
cr是耐候熔敷金属锈层中主要的富集元素，cr元素的富集有利于细化锈层晶粒，提高锈层的腐蚀电位，阻碍耐候钢的阳极溶解反应，有利于提高耐大气腐蚀性能。
cu以固溶强化方式提高焊缝强度，并降低针状铁素体起始转变温度，提高针状铁素体含量，从而改善焊缝的强度和韧性。少量的铜可以富集于奥氏体中，能提高其低温稳定性，-40℃低温冲击可达70j以上。而且，铜的添加能够通过延缓fe的阳极溶解或降低锈层的导电性而使电子流向阴极区的速率降低，从而提高焊缝金属耐腐蚀性能。
ni可以提高焊缝金属的韧性，尤其是提高焊缝金属的低温冲击韧性，降低脆性转变温度，同时ni在焊缝中其中重要的强化作用；ni是奥氏体形成元素，可以在锈层和基体之间形成致密的氧化物膜，阻止大气中氧和水向金属基体渗入，从而提高焊缝的耐大气腐蚀能力。但ni是一种比较昂贵的合金元素，充分考虑了焊缝金属中整体的合金元素的配比，熔敷金属中ni在1％以下能有效实现优良的综合性能，成本也大幅度降低。
钛和稀土元素可以细化晶粒、改善夹杂物形貌与尺寸，提高焊缝金属的低温韧性。
本发明的焊条，属于cr-ni-cu低合金体系，纯净度高，碳当量低，焊前预热温度低，有的不需要预热处理，焊后焊接接头产生冷裂纹的敏感系数小，生产成本相对较低。
本发明的焊条，含有cr、ni、cu合金元素，根据耐候指数计算公式i＝26.01(％cu)+3.88(％ni)+1.20(％cr)+1.49(％si)+17.28(％p)-7.29(％cu)×(％ni)-9.10(％ni)×(％p)-33.39(％cu)2，本发明的焊条的耐候指数i的范围在5.4-8.3，焊后焊缝不易被腐蚀。其中(％cu)、(％ni)、(％cr)、(％si)、(％p)指的是各元素在熔覆金属中的质量百分比。
本发明的焊条，在低镍条件下，通过微合金强化，熔敷金属的组织为针状铁素体和下贝氏体的混合物，使其具有高强度和高韧性。
相对于现有技术，本发明所述的高强高韧耐蚀的低镍焊条，具有以下优势：
本发明中的高强高韧耐蚀低镍焊条采用cr-ni-cu低合金体系，熔敷金属中ni含量在1％以下，能获得优良的-40℃低温冲击韧性，在保证焊后焊缝金属低温冲击韧性的同时，改善焊接生产综合成本，大幅度降低了发明产品的价格。本发明的焊条焊后得到的组织为针状铁素体和贝氏体的混合物，使得焊后熔敷金属具有具有高强度高韧性，抗拉强度≥770mpa，-40℃低温冲击可达69j以上。扩散氢含量控制在4ml/100g以下(水银法)而且，由于本发明焊条采用的低合金体系，其碳当量和冷裂纹敏感指数低，在焊接时不需要严格的控制热输入，在焊接前低温预热即可，有的情况甚至不需要进行焊前预热，缩短了生产的工序，降低了生产的成本。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种高强度耐蚀的低镍焊条，按重量百分比进行配比：
药皮组分：
大理石粉：45％、萤石粉：23％、一级金红石粉：5％、硅铁粉：4.4％、锰铁粉：4.6％、硅微粉：4％、碳酸钙：3％、合金剂：10％、纯碱：0.5％、海藻酸钠：0.5％，各组分的重量百分比之和为100％。
其中，所述合金剂为金属铬粉、镍粉、铜粉、钼粉、钛-铁-碳合金粉、稀土硅铁粉的混合物，其中，铬粉含量在0.6％(占药皮组分的重量百分比)，镍粉含量在1.80％(占药皮组分的重量百分比)、铜粉的含量在0.4％(占药皮组分的重量百分比)、钼粉含量在0.6％(占药皮组分的重量百分比)、稀土硅铁粉在0.4％(占药皮组分的重量百分比)、钛-铁-碳合金粉(ti：fe：c的质量比为6.5：3.28：0.22)含量在6.2％(占药皮组分的重量百分比)。
精炼焊芯组分：
c≤0.03％、si≤0.03％、s≤0.007％、p≤0.007％、ni≤0.05％、mo≤0.05％、cr≤0.05％、cu≤0.05％、mn0.4-0.6％，余量为铁和不可避免的杂质。
上述焊条所形成的熔敷金属的化学成分的质量百分比为：c0.03％、si0.19％、mn1.30％、mo0.23％、ni0.7％、cr0.25％、cu0.22％、s0.006％、p0.008％，余量为fe及不可避免的杂质。
上述焊条，其熔敷金属的碳当量ceq和冷裂纹敏感系数pcm分别为0.40％和0.15％。
一种高强度耐蚀的低镍焊条及其焊接方法，按以下步骤进行：
(1)在焊接前把焊条放入焊条烘干炉中经380℃烘焙1小时，放入保温箱中备用，防止焊条受潮。
(2)根据工艺要求制备坡口，打磨坡口，去除其表面的氧化层、油污及水渍。
(3)电源极性采用直流反接，电流控制在140a，采用20mm钢板不预热焊接，由于是碱性焊条，采用短弧焊接，焊道温度控制在150℃，焊接热输入量控制在12kj/mm。
对本实施例中的焊条进行熔敷金属性能试验，屈服强度695mpa，抗拉强度778mpa，断后伸长率22％，-40℃冲击吸收功95j；耐候指数为6.43。
实施例2
一种高强度耐蚀的低镍焊条，按重量百分比进行配比：
药皮组分：
大理石粉：41％、萤石粉：23％、一级金红石粉：4.6％、硅铁粉：5％、锰铁粉：5％、硅微粉：4％、碳酸钙：4％、合金剂：12％、纯碱：0.7％、海藻酸钠：0.7％，各组分的重量百分比之和为100％。
其中，所述合金剂为金属铬粉、镍粉、铜粉、钼粉、钛-铁-碳合金粉、稀土硅铁粉的混合物，其中，铬粉含量在0.8％(占药皮组分的重量百分比)，镍粉含量在2.2％(占药皮组分的重量百分比)、铜粉的含量在0.6％(占药皮组分的重量百分比)、钼粉含量在1.0％(占药皮组分的重量百分比)、稀土硅铁粉在1.5％(占药皮组分的重量百分比)、钛-铁-碳粉(ti：fe：c的质量比为6.5：3.28：0.22)含量在5.9％(占药皮组分的重量百分比)。
精炼焊芯组分：
c≤0.03％、si≤0.03％、s≤0.007％、p≤0.007％、ni≤0.05％、mo≤0.05％、cr≤0.05％、cu≤0.05％、mn0.4-0.6％，余量为铁和不可避免的杂质。
上述焊条所形成的熔敷金属的化学成分为：c0.04％、si0.2％、mn1.35％、mo0.4％、ni0.9％、cr0.36％、cu0.31％、s0.003％、p0.008％，余量为fe及不可避免的杂质。
上述焊条，其熔敷金属的碳当量ceq和冷裂纹敏感系数pcm分别为0.50％和0.19％。
一种高强度耐蚀的低镍焊条的焊接方法，按以下步骤进行：
(1)在焊接前把焊条放入焊条烘干炉中经380℃烘焙1小时，放入保温箱中备用，防止焊条受潮。
(2)根据工艺要求制备坡口，打磨坡口，去除其表面的氧化层、油污及水渍。
(3)电源极性采用直流反接，焊接电流为160a，焊前钢板在80℃温度下预热，由于是碱性焊条，采用短弧焊接，焊道温度控制在135℃，焊接热输入量控制在20kj/mm。
对本实施例中的焊条进行熔敷金属性能试验，屈服强度715mpa，抗拉强度803mpa，断后伸长率21％，-40℃冲击吸收功79j；耐候指数为7.12。
实施例3
一种高强度耐蚀的低镍焊条，按重量百分比进行配比：
药皮组分：
大理石粉：36％、萤石粉：25％、一级金红石粉：4％、硅铁粉：5％、锰铁粉：7％、硅微粉：3％、碳酸钙：4％、合金剂：14％、纯碱：1.0％、海藻酸钠：1.0％，各组分的重量百分比之和为100％。
其中，所述合金剂为金属铬粉、镍粉、铜粉、钼粉、钛铁粉、铁-碳合金粉、稀土硅铁粉的混合物，其中，铬粉含量在1.1％(占药皮组分的重量百分比)，镍粉含量在2.5％(占药皮组分的重量百分比)、铜粉的含量在0.7％(占药皮组分的重量百分比)、钼粉含量在1.3％(占药皮组分的重量百分比)、稀土硅铁粉在1.5％(占药皮组分的重量百分比)、钛-铁-碳合金粉(ti：fe：c的质量比为6.5：3.28：0.22)含量在6.9％(占药皮组分的重量百分比)。
精炼焊芯组分：
c≤0.03％、si≤0.03％、s≤0.007％、p≤0.007％、ni≤0.05％、mo≤0.05％、cr≤0.05％、cu≤0.05％、mn0.4-0.6％，余量为铁和不可避免的杂质。
上述焊条所形成的熔敷金属的化学成分为：c0.06％、si0.3％、mn1.7％、mo0.55％、ni1.0％、cr0.4％、cu0.35％、s0.006％、p0.012％，余量为fe及不可避免的杂质。
上述焊条，其熔敷金属的碳当量ceq和冷裂纹敏感系数pcm分别为0.62％和0.25％。
一种高强度耐蚀的低镍焊条的焊接方法，按以下步骤进行：
(1)在焊接前把焊条放入焊条烘干炉中经400℃烘焙1小时，放入保温箱中备用，防止焊条受潮。
(2)根据工艺要求制备坡口，打磨坡口，去除其表面的氧化层、油污及水渍。
(3)电源极性采用直流反接，焊接电流在170a，焊前钢板在80℃温度下预热，由于是碱性焊条，采用短弧焊接，焊道温度控制在130℃，焊接热输入量控制在25kj/mm。
对本例中的焊条进行熔敷金属性能试验，屈服强度734mpa，抗拉强度838mpa，断后伸长率大于20％，-40℃冲击吸收功69j，耐候指数为7.28。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。