專利名稱：X80等級(jí)鋼油、氣輸送管手工焊接用電焊條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接加工用電焊條，特別是一種X80等級(jí)鋼石油、天然氣輸送管道手工 焊接用電焊條，該焊條可廣泛用于對(duì)采用埋弧自動(dòng)焊接生產(chǎn)X80等級(jí)鋼的石油、天然氣輸送 管道時(shí)產(chǎn)生的焊接缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊，也可用于X80等級(jí)鋼的焊接。
背景技術(shù)：
管道輸送是長距離運(yùn)輸石油、天然氣最合理的運(yùn)輸方式，具有經(jīng)濟(jì)、安全、高效、節(jié) 能、不間斷，以及對(duì)環(huán)境破壞程度小等顯著特點(diǎn)。因而，世界各國高度重視管道輸送技術(shù) 的發(fā)展，許多國家不惜花費(fèi)大量財(cái)力和物力，大力發(fā)展管道運(yùn)輸業(yè)。管道運(yùn)輸己成為繼公 路、鐵路、水路和航空運(yùn)輸之后的第五大運(yùn)輸業(yè)。管線建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)是向長距離、高壓 力、大口徑發(fā)展，使其強(qiáng)度要求越來越高；此外，由于從油、氣產(chǎn)地到消費(fèi)地往往長達(dá)數(shù) 千公里，沿途地質(zhì)條件復(fù)雜、氣候多變，對(duì)管線鋼韌性也提出越來越高的要求。目前，國 內(nèi)外管線建設(shè)普遍采用X70鋼級(jí)管線鋼，部分長距離管線建設(shè)開始采用X80管線鋼，但全世 界累計(jì)長度僅為1750km。而國內(nèi)西氣東輸二線天然氣管道干線全長約4800Km，根椐該工程 建設(shè)的需要研發(fā)的X80等級(jí)鋼是填補(bǔ)國內(nèi)外空白的。
高強(qiáng)度、高韌性鋼管的生產(chǎn)主要過程包括成型和焊接，焊接方法主要釆用埋弧自動(dòng)焊 接，但由于在自動(dòng)埋弧焊中不可避免的存在焊接缺陷而需要進(jìn)行補(bǔ)焊，因此手工電弧焊便 成為重要的修補(bǔ)手段。在高強(qiáng)度焊管制造過程中，其最難解決的是焊縫金屬及熱影響區(qū)的 強(qiáng)度及韌性的降低問題，如何控制焊縫的性能是高強(qiáng)度焊管開發(fā)急需解決的關(guān)鍵問題。
X80等級(jí)鋼是一種低合金高強(qiáng)度鋼，具有高強(qiáng)度和良好的抗延性斷裂能力，是輸氣管道 中的高等級(jí)管材。但目前缺少與該鋼種配套的焊條，目前在施工中一般使用與X70管線鋼 配套的J607及J707焊條進(jìn)行焊接，根據(jù)西氣東輸二線工程用X80管線鋼及焊接標(biāo)準(zhǔn)所給 出的數(shù)據(jù)，X70管線鋼在屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、屈強(qiáng)比和焊接接頭斷裂強(qiáng)度等要求上都與 X80管線鋼有較大差距，理論上及大量的試驗(yàn)和部分工程事故，都得出了與X70管線鋼配 套用焊條并不適用于X80等級(jí)鋼管的焊接的結(jié)論。
X70管線鋼與X80管線鋼的區(qū)別
X70管線鋼成分最大值(%): C 0. 080、 Mn 1. 650 、 Si 0. 350、 P 0. 020 、 S 0. 005、 Mo 0.30、 Cr 0.250 、 Nb 0.060 、 V 0.060、 Fe最小值97.125，余量為雜質(zhì)。
X70管線鋼性能最小抗拉強(qiáng)度570 Mpa ，屈S際雖度485-635 Mpa ，最大屈強(qiáng)比0.90， 最小伸長率22%、 -l(TC沖擊功(J):平均值180 、單個(gè)最小值135 ，焊接接頭最低強(qiáng)度 570 Mpa。①1219X26.4mmX80等級(jí)鋼巻板的實(shí)測化學(xué)成分(。/。) C0.034、Mn 1.630 、 Si 0. 240、 P 0. 010、 S 0. 002 、 Nb 0. 096、 Cr 0. 241、 Ni 0. 180、 V 0. 013、 Cu 0. 120、 Mo 0. 001、 Fe 97.334 、余量為雜質(zhì)；
X80等級(jí)鋼力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度625-825 Mpa，屈1躬驢555-690 Mpa，最大屈強(qiáng)比0.93， 最小伸長率21% ， -l(TC沖擊功(J):平均值180，單個(gè)最小值140，焊接接頭最低強(qiáng)度 625 MPa 。
J607焊條的成分及性能
焊縫熔敷金屬的化學(xué)成分a):C 0.084 、Mn 1.550 、Si 0.500 、P 0.025 、S 0.011、 Mo 0. 340、 Cr 0. 080 、 Nb 0. 040、 VO. 010、 Fe 97. 260，余量為雜質(zhì)。
焊縫熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度630 Mpa ，屈月蹈雖度540 Mpa，伸長率25% ， -10 。C沖擊功(J)平均值90，單個(gè)最小值60，國標(biāo)要求焊后需熱理。
J707焊條的成分及性能
焊縫熔敷金屬的典型化學(xué)成分(％): C 0. 102 、 Mn 1. 910、 Si 0. 420、 P 0. 026、 S 0. 012、 Mo 0.370、 Cr 0.082、 Nb 0.041、 V 0.011、 Fe 96.826，余量為雜質(zhì)。
其熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度760Mpa ,屈S躬艘670Mpa，伸長率23% ， -IO'C沖 擊功(J)平均值70，單個(gè)最小值50，國標(biāo)要求焊后需熱理。
對(duì)比了X70、 X80管線鋼成分及性能要求，再對(duì)比J607、 J707成分及性能以后，我們 可以看出無論是J607還是J707焊條其焊縫在成分和力學(xué)性能特別是沖擊韌性上與母材 X80管線鋼成分及性能要求差距較大。 一般來說，要使焊縫具有如此高的強(qiáng)度、而又要保 證足夠高的韌性，則需對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理，但管線鋼的焊接一般是野外作業(yè)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)焊 縫進(jìn)行熱處理，不僅要耗費(fèi)大量的人力、物力，而且由于地理環(huán)境、天氣等原因，熱處理 往往很難達(dá)到要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種X80等級(jí)鋼油、氣輸送管手工焊接用電焊條，該焊條在對(duì)X80 等級(jí)鋼進(jìn)行焊接和補(bǔ)焊，其焊接熔敷金屬在不對(duì)焊縫進(jìn)行焊后熱處理的情況下，保確焊縫 的各項(xiàng)性能滿足石油、天然氣輸送對(duì)焊接鋼管的高強(qiáng)度、高韌性和低硬度等技術(shù)指標(biāo)要求 等目的。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是(均以重量百分比計(jì))碳鋼悍芯成份為C 0.02-0.10、 Mn 0. 35-0. 55、 Si 0. 015-0. 03、 P 0, 005-0. 015 、 S 0. 002-0. 005 、 Cr 0. 01-0. 20、 Ni 0. 01-0. 30、 Cu 0. 01-0. 20、 Fe 98. 675-99. 47，余量為雜質(zhì)；藥皮成分為大理石粉28-38、螢石粉16-28、 長石粉2-8、鈦白粉2-7、電解錳4-8 、硅鐵粉3-7、鈦鐵粉6-9、鉬鐵粉0. 5-2、鎳粉3-8 、 鐵粉10-25、其它元素5-8;將藥皮各成分按比例攪拌混合均勻后、加入總成份重10-20% 的粘結(jié)劑混合均勻，然后送入壓條機(jī)內(nèi)將其裹覆于焊芯上，再經(jīng)低溫及高溫烘焙，即制得
本發(fā)明焊條。
上述大理石粉中CaC03含量》95。/。；螢石粉中CaF2含量》95%;長石粉中含K20 1 0-20%、 Si02 50-65%、 Al2 03 15-25%。所述加入總成份重10_20%的粘結(jié)劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、 或鉀鈉水玻璃，其濃度為41° -43° 。而所述低溫烘焙的溫度為80-12(TC;高溫烘焙的溫 度為350-400°C。
本發(fā)明技術(shù)方案所采用焊芯化學(xué)成份及藥皮組份的依據(jù)是使焊縫熔敷金屬中主要合金 的化學(xué)成份控制在理想范圍內(nèi)，艮P:
1. 錳(Mn)含量控制在l. 4—1. 8%，同時(shí)硅(Si)含量控制在小于O. 4%的范圍內(nèi)。錳(Mn) 是獲得強(qiáng)度和韌性較經(jīng)濟(jì)的化學(xué)元素，硅(Si)可以脫氧，有鎮(zhèn)靜溶池、消除氣孔的作用； 提高M(jìn)n/Si可以減少焊縫熱裂紋傾向，但過高將降低鋼抗腐蝕性、過低則引起熱裂紋等問 題。
2. 鉬(Mo)含量控制在0.15—0.30%比較適宜。 一方面可以有效提高焊縫金屬的拉伸強(qiáng) 度，另一方面可促進(jìn)焊縫獲得理想的針狀鐵素體顯微組織，對(duì)提高韌性有利；但過高會(huì)提 高焊縫金屬的硬度，小于O. 15y。則無法保證X80鋼的焊縫金屬的拉伸強(qiáng)度和高韌性。
3. 鎳(Ni)含量控制在1.4%-1.8%范圍。該元素是提高焊縫金屬低溫沖擊韌性的主要元 素，它能降低焊縫金屬的脆性轉(zhuǎn)變溫度；焊縫金屬的低溫沖擊韌性是隨焊縫中含鎳量增加 而提高的。但鎳屬于稀有貴重金屬，所以在保證焊縫金屬?zèng)_擊韌性達(dá)到優(yōu)良的前提下，應(yīng) 盡量減少其加入量，達(dá)到降低成本的目標(biāo)。此外，焊縫含鎳超過2. 5%韌性反而下降，這可 能與鎳能促進(jìn)晶體長大和易形成低熔點(diǎn)物質(zhì)有關(guān)。
4. 硫(S)、磷(P)都是有害元素，我們將硫(S)含量控制在不大于0.006%，同時(shí)磷(P) 含量控制在不大于0. 020%。因?yàn)檫@兩種元素含量過高是焊縫引起熱裂紋的主要原因之一。 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)焊縫金屬中S、 P含量越高，焊縫的夏比沖擊值越低。但要求過低的S、 P含 量將明顯增加煉鋼成本。我們主要從兩個(gè)方面對(duì)這些雜質(zhì)進(jìn)行控制 一、在焊芯方面選用 的是硫、磷盡量低的特殊碳鋼焊芯。二、藥粉都選用一些含硫、磷極為低的，比如品位較 高的大理石、螢石粉等，均是為了降低焊縫中硫、磷的含量。
5. 鐵粉(Fe)藥皮中加入量控制在10-25%。鐵粉在焊條藥皮的作用一般容易被忽略， 但在該焊條中它卻起到了不小的作用，因?yàn)殍F粉能起到凈化溶池的作用，同時(shí)它又能細(xì)化 晶粒，提高焊縫沖擊韌性，但不宜過多，因?yàn)檫^量的加入鐵粉會(huì)使其它元素稀釋。
采用本發(fā)明焊條焊接的焊縫的化學(xué)成分、性能和組織更接近X80等級(jí)鋼，焊縫金屬組 織為針狀鐵素體+貝氏體組織，在不進(jìn)行熱處理的情況下具有與X80等級(jí)鋼相近的拉伸強(qiáng) 度、沖擊值、彎曲性能、抗裂性能、硬度等機(jī)械性能；并且焊縫內(nèi)部氣孔、夾渣和裂紋， 以及外觀邊緣過渡和咬邊等均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。克服了采用J607、 J707等焊條焊接 X80管線鋼，焊接后焊縫需進(jìn)行熱處理且質(zhì)量差、使用中易發(fā)生工程事故等缺陷。
本實(shí)施方式采用直徑O4.0mm的焊芯，其化學(xué)成分為(％)C0.040、Mn 0.450 、Si 0. 021 、 P 0. 010 、 S 0. 005、 Cr 0. 10、 Ni 0. 20、 Cu 0. 010 、 Fe 99. 064 ，余量為雜質(zhì)；將藥皮 成分CaC03含量＞＝95％的大理石粉31Kg， CaF2含量＞＝95%的螢石粉20Kg，含K20 15%、 Si02 60%、 Al2 03 20%的長石粉4Kg，電解錳5Kg,工業(yè)純的鈦白粉4 Kg,含Si 45%的硅 鐵粉6 Kg,鈦鐵粉8 Kg,含Mo 55%的鉬鐵粉0. 6 Kg,鎳粉4 Kg,鐵粉15 Kg,其它元 素2.4混合均勻后、加入15Kg濃度42。的鉀鈉水玻璃混合均勻，然后送入壓條機(jī)內(nèi)將其 包裹于焊芯上，再經(jīng)10(TC低溫烘焙2小時(shí)、38(TC高溫烘焙60分鐘，即制得長400mm、外 徑①6. 2mm的焊條220Kg。所得焊條鄉(xiāng)辨接①1219X26. 4mmX80等級(jí)鋼管試驗(yàn)
試驗(yàn)用①1219X26. 4mmX80等級(jí)鋼巻板的實(shí)際化學(xué)成份(％): C 0.034、 Mn 1.630 、 Si 0.240、 P 0.010、 S 0.002 、 Nb 0.096、 Cr 0.241、 Ni 0.180、 V 0.013、 Cu 0.120、 Mo 0.001、 Fe 97.334 、余量為雜質(zhì)；管體的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度(Mpa) 740、屈服強(qiáng)度 (Mpa) 585、伸長率32、屈強(qiáng)比0.79、焊接接頭強(qiáng)度(Mpa) 685。
焊縫熔敷金屬的化學(xué)成份(％): C 0.055 、 Mn 1.63、 Si 0.280 、 P 0.011 、 S 0.005 Mo 0.251、 Cu 0.035、 Ni 1.520、 Cr 0.030、 Nb 0.032、 V 0.031、 Fe 95.720，余量為雜 質(zhì)；
焊縫熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度(Mpa) 670 、屈服強(qiáng)度(Mpa) 580、伸長率25%、 -10 'C沖擊功(J):平均值165、最小值140;
焊接成型后的管體的沖擊試驗(yàn)(-l(TC沖擊功)管道本體平均415J 、最小325J;焊 縫平均165J、最小120J;熱影響區(qū)平均240J、最小225J;
顯微硬度(HVw):管體平均235;焊縫平均232;熱影響區(qū)平均236。
上述試驗(yàn)所得各項(xiàng)參數(shù)，無論其化學(xué)成分及力學(xué)性均完全滿足西氣東輸二線工程用 X80等級(jí)鋼管線及其焊接標(biāo)準(zhǔn)的要求。
權(quán)利要求
1.一種X80等級(jí)鋼油、氣輸送管手工焊接用電焊條，包括碳鋼焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮，其特征在于以重量百分比計(jì)，碳鋼焊芯成份為C 0.02-0.10、Mn 0.35-0.55、Si 0.015-0.030、P 0.005-0.015、S 0.002-0.005、Cr 0.01-0.20、Ni 0.01-0.30、Cu0.01-0.20、 Fe 98.675-99.47，余量為雜質(zhì)；藥皮成份為大理石粉28-38、螢石粉16-28、長石粉2-8、鈦白粉2-7、電解錳4-8、硅鐵粉3-7、鈦鐵粉6-9、鉬鐵粉0.5-2、鎳粉3-8、鐵粉10-25、其它元素5-8；將藥皮各成分按比例攪拌混合均勻后、加入總成份量10-20％的粘結(jié)劑混合均勻，然后送入壓條機(jī)內(nèi)將其裹覆于焊芯上，再經(jīng)低溫及高溫烘焙，即制得本發(fā)明焊條。
2. 按權(quán)利要求1所述X80等級(jí)鋼油、氣輸送管手工焊接用電焊條，其特征在于所述 大理石粉中CaC03含量》95。/。；而所述螢石粉中CaF2含量>95°/。；而長石粉中含K20 1 0-20%、 Si02 50-65%、 Al2 03 15-25%。
3. 按權(quán)利要求1所述X80等級(jí)鋼油、氣輸送管手工焊接用電焊條，其特征在于所述 加入總成份重10-20%的粘結(jié)劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、鉀鈉水玻璃，其濃度為41。 -43° 。
4. 按權(quán)利要求1所述X80等級(jí)鋼油、氣輸送管手工焊接用電焊條，其特征在于所述 低溫烘焙的溫度為80-120°C;高溫烘焙的溫度為350-40(TC。
全文摘要
該發(fā)明屬于手工焊接用電焊條，包括化學(xué)成份為(wt％)C 0.020-0.100、Mn 0.350-0.550、Si 0.015-0.030、P 0.005-0.015、S 0.002-0.005、Cr 0.01-0.20、Ni 0.01-0.30、Cu0.01-0.20、Fe 98.675-99.47，余量為雜質(zhì)的焊芯；藥皮的成分為大理石粉28-38、螢石粉16-28、長石粉2-8、鈦白粉2-7、電解錳4-8、硅鐵粉3-7、鈦鐵粉6-9、鉬鐵粉0.5-2、鎳粉3-8、鐵粉10-25、其它元素5-8。采用本焊條焊接的X80等級(jí)鋼管道，焊縫的化學(xué)成分、性能和組織更接近管道本體，焊縫不進(jìn)行熱處理即能滿足對(duì)石油、天然氣輸送用X80等級(jí)鋼管的高強(qiáng)度、高韌性和低硬度等技術(shù)指標(biāo)的要求；克服了背景技術(shù)焊接后焊縫需進(jìn)行熱理且質(zhì)量差、使用中易發(fā)生工程事故等缺陷。
文檔編號(hào)B23K35/36GK101362257SQ20081004623
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者曾志超, 李延豐, 鵬 田, 葛玉宏, 東 郭, 東 陽, 陳耕耘 申請(qǐng)人:四川大西洋焊接材料股份有限公司;華北石油鋼管廠