介绍
北极海上结构的制作面临着考虑风，低温（-60o）的巨大挑战
c），从浮动冰块，渗出，腐蚀等钢强度，硬度，冲击韧性/断裂韧性的影响，耐腐蚀性是构建北极海上平台的主要问题。知道在钢中添加更多镍可以有效地改善钢的机械性能，使用镍钢是北极地区的自然选择。商业镍钢具有不同水平的镍内容物和热处理体验。下表呈现了三个镍钢，即A203，A353和A553概述。
显然，这些钢的力学性能是钢热处理，镍含量和温度的功能。
镍钢特性
•钢热处理的影响
以下绘图说明了在A203级D钢上的不同温度（室温和-60oC）的热处理条件和强度（CVN冲击韧性）之间的关系。
结果表明，强度变化不像两个温度的CVN冲击韧性那样敏感。淬火和回火（QT）工艺后钢具有最高的强度和CVN冲击韧性。在-60oC处，CVN冲击韧性的变化对于钢热处理过程非常敏感。轧制和QT钢之间的CVN冲击韧性的差异可以像97英尺磅一样大。它强烈建议，具有相同类型的钢可以具有相对于其热处理经验具有非常不同的机械性能。因此，钢上的材料管理对避免潜在的物理污染至关重要。
•温度的影响
根据机械冶金的基本原理，钢强度在温度下降时增加。这通过以下地块确认。
另一方面，CVN冲击韧性随温度降低，可以通过加入更多钢镍有效地控制。当钢中的镍含量增加至9％时，CVN韧性相对于温度的变化是不敏感的。
•镍含量的影响
镍是一种奥氏体稳定剂，可以促进钢中残留奥氏体的体积分数，这反过来改善CVN冲击韧性。此外，它还是一种适度的固溶强化器和晶粒精制器。以下情节不仅说明了镍的益处，而且显示了其限制。
在钢中镍含量增加到3.5％之前，其对CVN韧性的益处是显而易见的，而其对强度增加的影响并不重要。镍含量达到3.5％后，镍对强度和CVN韧性效果恰到好处。因此，从0-3.5％的镍含量的区域I可以被归类为“CVN敏感区域”;虽然区II作为“CVN不敏感区域”。请注意，-60oC的镍效果比在室温下更明显。
Fcaw电线的挑战
基于上述，将镍含量增加到90℃，可以达到120ksi拉伸强度，同时保持优异的CVN韧性（110ft-LBS），这对于北极制造是期望的。然而，它带来了难以找到钢制性能的难以找到钢材。在AWS型板焊接上测试一些先进的FCAW电线，结果如下所示：
1.对于富含氩气的防焊FCAW焊接，在3G焊接时，焊接的最佳金红石的FCAW线可以实现100ksi拉伸强度，在-60oC下具有80 ft-LBS CVN冲击韧性。
2.对于CO2气体屏蔽FCAW焊接1）在3G焊接的最佳金红石的FCAW线可以实现115ksi拉伸强度，在-60oC下具有50ft-LBS CVN冲击韧性。2）在1G上焊接的最佳BAF2基本FCAW线可以在-60oC下实现120ksi拉伸强度和60ft-LBS CVN冲击韧性。
3.对于自屏蔽Fcaw焊接，最佳玻璃丝可达到100ksi拉伸强度，在-40oC下达到80ft-lbs cvn冲击韧性。
由于焊接消耗品公司和现场工程师产生的焊接程序差异，消费公司的结果可能会显着偏离现场资格结果。当FCAW线进行现场鉴定时，看出从其AWS型板式焊接试验报告的CVN冲击韧性下降，并不令人惊讶。如果在北极地使用的上述电线的这种韧性的降低是真的，则它们均未被认为足以焊接北极钢，镍含量高于3.5％。实际上，它在结构设计方面带来了困难。此外，从那些Fcaw线产生的焊缝的镍含量为2.5至4.0％。镍含量范围与“CVN敏感区域”重叠。为了控制灵敏度，需要充分混合这些Fcaw线的磁通混合物，以避免合金元素的分离。由于镍粉和焊剂混合中的其他合金粉末之间的密度差异，助焊剂混合肯定是一个挑战。进一步增加在助焊剂混合物中的镍可以显着增加液体渣粘度。它可能会降低全位置焊接特性可能会降低并导致良好的焊缝。 So far, a 4% nickel in a low-alloy steel weld is close to the limit that conventional FCAW wire can offer.
结论
证明FCAW能够通过在常规环境中产生质量焊接来提高焊接效率并降低制造成本。FCAW的全位置焊接特性和焊接效率使焊接过程优于其他焊接工艺。然而，考虑到上面讨论的限制和短暂转化，需要严重的投资来收集更多的证据，并通过使用Fcaw线对北极钢焊接进行更多的实验。
参考文献：
[1] S. McCoy，“新一代高耐腐蚀镍 - 铬 - 钼合金的腐蚀性能和制造性”。
[2]“镍合金钢的低温性能”，INCO。