專利名稱：抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼用埋弧焊焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于埋弧焊焊絲技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼用埋弧焊焊絲。
背景技術(shù)：
二氧化碳與原油混溶后可顯著降低原油的粘度并增加其流動(dòng)性，利用這一特性，二氧化碳廣泛應(yīng)用于油氣田原油的開(kāi)采，以有效提高原油的收得率。然而，二氧化碳一旦和水共存就具有極強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)嚴(yán)重腐蝕輸送原油的管道材料，包括管線鋼及其焊接接頭，給管線鋼和焊縫金屬提出了抗二氧化碳腐蝕的性能要求。隨著油井開(kāi)采進(jìn)入中后期，原油含水量和礦化度提高；深井和超深井的不斷開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致了井內(nèi)溫度和壓力的提高；近十年來(lái)強(qiáng)腐蝕環(huán)境油氣井的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，井底二氧化碳等強(qiáng)腐蝕氣氛連續(xù)上升等綜合環(huán)境的變化，使得油氣田管材腐蝕更趨嚴(yán)重，抗腐蝕管的需求急劇增加。針對(duì)這一問(wèn)題，鋼鐵材料研究工作者對(duì)抗二氧化碳腐蝕的材料開(kāi)展了大量的工作，并取得許多積極的研究和應(yīng)用成果，現(xiàn)已研制出用于二氧化碳驅(qū)油油田地面集輸管道用管線鋼。但是，對(duì)于制造該管道的埋弧焊焊絲的研制還是一個(gè)空白?，F(xiàn)有焊接材料技術(shù)中，已公開(kāi)的專利技術(shù)如“管線鋼用高韌性埋弧焊絲”(ZL 200710303639.7)和“高等級(jí)管線鋼用高強(qiáng) 度高韌性高焊速埋弧焊絲”(ZL 200810005040.X)等，適用于X60 — X80的埋弧焊焊接，雖具有優(yōu)良的強(qiáng)度和韌性，但卻不具備抗腐蝕性能。如“低碳微合金化埋弧焊絲”(ZL92105621.4)、“高性能管線鋼埋弧焊焊絲”(ZL 01106520.6)和“高等級(jí)管線鋼用埋弧焊焊絲材料”(ZL 200410073353.0)專利技術(shù)，適用于油氣管線X60 — X80的埋弧焊接，也具備了較好的抗H2S腐蝕性能，卻不能有效抵抗二氧化碳的腐蝕，原因是CO2與H2S對(duì)金屬材料的腐蝕機(jī)理不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種合金元素簡(jiǎn)單、成本低和易于控制的抗二氧化碳腐蝕的65ksi (450MPa，下同)強(qiáng)度級(jí)別管線鋼用埋弧焊焊絲，所制備的埋弧焊焊絲能滿足對(duì)所焊抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼形成的焊接接頭強(qiáng)度和韌性的要求，還具有與母材匹配的抗二氧化碳腐蝕性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:C為0.001 0.05wt%, Mn 為 0.40 0.80wt%, Si 為 0.10 0.30wt%, Cr 為 3.00 6.00wt%, Cu 為
0.20 0.40wt%, (V+Nb+Ti)為 0.04 0.10wt%, S≤ 0.001wt%, P ≤ 0.002wt%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本發(fā)明采用的超低碳含量，一方面使焊縫金屬形成超低碳貝氏體或少量超低碳馬氏體，在保證焊縫金屬?gòu)?qiáng)度的同時(shí)，使其具有較好的抗裂性能和沖擊韌性，另一方面避免生成大量的鉻的碳化物，從而避免了耐腐蝕性能的降低。
本發(fā)明采用中等Cr元素含量，Cr元素能在CO2腐蝕介質(zhì)中形成密致的腐蝕產(chǎn)物膜，可阻礙腐蝕進(jìn)一步發(fā)展。一方面保證焊縫金屬及熱影響區(qū)熔合線，在服役過(guò)程中，具有與母材相當(dāng)?shù)哪投趸几g性；另一方面通過(guò)固溶強(qiáng)化提高焊縫金屬的強(qiáng)度，以彌補(bǔ)由于超低碳含量而降低的強(qiáng)度。本發(fā)明添加適當(dāng)?shù)腃u元素，能使形成的腐蝕產(chǎn)物膜更加密致，提高耐腐蝕性能；另外，添加微量元素(V+Nb+Ti)，先于鉻形成碳化物，一方面能提高焊縫金屬的力學(xué)性能，另一方面還能提高耐腐蝕性能。本發(fā)明中的S和P元素嚴(yán)格控制在0.001wt9aP0.002wt%以下，通過(guò)鋼水純凈化提高所制得埋弧焊絲的品質(zhì)，嚴(yán)格控制這兩種元素在焊絲中的含量，從而保證焊縫金屬中S、p元素控制在較低的水平。本發(fā)明以超低的碳含量、中等的鉻含量、少量的銅含量和微量的(V+Nb+Ti)含量所制成的埋弧焊焊絲合金元素成分簡(jiǎn)單，成本低，易于控制。本發(fā)明制備的埋弧焊焊絲，焊接抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼后的焊縫金屬組織為超低碳貝氏體+少量超低碳馬氏體組織，該組織保證了焊縫金屬具備65ksi級(jí)別的屈服強(qiáng)度，同時(shí)具有較好的沖擊韌性，抗拉強(qiáng)度達(dá)到> 540MPa，_20°C沖擊韌性達(dá)到^ 100J ;同時(shí)，耐腐蝕性能優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)了與抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼性能的匹配。因此，本發(fā)明的合金元素簡(jiǎn)單、成本低和易于控制，所制備的埋弧焊焊絲具有與母材匹配的抗二氧化碳腐蝕性能，能滿足對(duì)所焊抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼形成的焊接接頭強(qiáng)度和韌性的要求，還且能滿足對(duì)所焊接制備的油氣管道的技術(shù)要求，并具有較好的抗腐蝕性能。`
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，并非對(duì)本其保護(hù)范圍的限制。實(shí)施例1
一種抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼用埋弧焊焊絲，該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:c 為 0.001 0.01wt%,Mn 為 0.70 0.80wt%, Si 為 0.10 0.20wt%, Cr 為 5.50 6.00wt%,Cu 為 0.20 0.30wt%, (V+Nb+Ti)為 0.04 0.05wt%, S ( 0.001wt%,P ( 0.002wt%，余量為 Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例所制備的埋弧焊焊絲，采用三絲埋弧焊焊接方法，配套使用焊劑為SJ101-G，焊接12mm厚的抗二氧化碳腐蝕的X65鋼板。該鋼板的化學(xué)組分是:C為
0.0I 0.05wt%, Si 為 0.20 0.70wt%, Mn 為 0.20 0.70wt%, Cu 為 0.20 0.50wt%, Ni 為
0.10 0.30wt%, Cr 為 3.50 6.20wt%, S 彡 0.001wt%, P 彡 0.010wt%，其它為鐵及不可避免的雜質(zhì)。該鋼板的力學(xué)性能是:屈服強(qiáng)度為> 350MPa，抗拉強(qiáng)度為54(T600MPa，-20°C平均沖擊韌性功為125J。試板坡口型式為雙V型，單側(cè)坡口角度為45°。焊絲直徑為3.2mm，焊接線能量為22kJ/cm。對(duì)本實(shí)施例所制得的埋弧焊焊絲的焊縫金屬進(jìn)行顯微組織分析、力學(xué)性能及腐蝕性能測(cè)試。顯微組織分析方法及力學(xué)性能測(cè)試按常規(guī)方法進(jìn)行，腐蝕性能測(cè)試方法如下:CO2腐蝕試驗(yàn)在3L高溫高壓FCZ磁力驅(qū)動(dòng)反應(yīng)釜進(jìn)行，將熔敷金屬放在高溫高壓釜的腐蝕介質(zhì)中，介質(zhì)成分模擬PY30 — I氣田采出液。實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下:溫度為60° C，CO2分壓為IMPa，流速為lm/s，實(shí)驗(yàn)周期為768小時(shí)。用500mLHCl和3.5g C6H12N4 (六次甲基四胺)及去離子水配制成IOOOmL溶液去除腐蝕產(chǎn)物。用失重法計(jì)算平均腐蝕速率。測(cè)試結(jié)果如下:焊縫金屬組織為低碳貝氏體+少量低碳馬氏體。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為540MPa，-20°C時(shí)焊縫金屬?zèng)_擊功平均值A(chǔ)kv=125J，腐蝕試樣表面光滑，腐蝕速率為1.45mm/a。測(cè)試結(jié)果表明:采用本實(shí)施例所述埋弧焊焊絲，經(jīng)三絲埋弧焊后，其焊縫金屬力學(xué)性能及腐蝕性能完全滿足抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼的技術(shù)要求。實(shí)施例2
一種抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼用埋弧焊焊絲，該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:c 為 0.0I 0.02wt%, Mn 為 0.60 0.70wt%, Si 為 0.10 0.20wt%, Cr 為 4.50 5.50wt%,Cu 為 0.20 0.30wt%, (V+Nb+Ti)為 0.05 0.07wt%, S ≤ 0.001wt%,P ≤0.002wt%，余量為 Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例所制備的埋弧焊焊絲的焊接工藝和所焊接的鋼板及腐蝕性能測(cè)試與實(shí)施例I相同。對(duì)本實(shí)施例所制得的埋弧焊焊絲的焊縫金屬進(jìn)行顯微組織分析、力學(xué)性能及腐蝕性能測(cè)試，結(jié)果如下:焊縫金屬組織為低碳貝氏體+少量低碳馬氏體。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為574MPa，_20°C時(shí)焊縫金屬?zèng)_擊功平均值A(chǔ)kv=106J，腐蝕試樣表面光滑，腐蝕速率為1.62mm/a。測(cè)試結(jié)果表明:采用本實(shí)施例焊絲，經(jīng)三絲埋弧焊后，其焊縫金屬力學(xué)性能及腐蝕性能完全滿足抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼的技術(shù)要求。實(shí)施例3
一種抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼用埋弧焊焊絲，該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:C 為 0.02 0.03wt%, Mn 為 0.50 0.60wt%, Si 為 0.20 0.40wt%, Cr 為 3.50 4.50wt%,Cu 為 0.30 0.40wt%, (V+Nb+Ti)為 0.07 0.08wt%, S≤ 0.001wt%,P ≤ 0.002wt%，余量為 Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例所制備的埋弧焊焊絲的焊接工藝和所焊接的鋼板及腐蝕性能測(cè)試與實(shí)施例I相同。對(duì)本實(shí)施例所制得的埋弧焊焊絲的焊縫金屬進(jìn)行顯微組織分析、力學(xué)性能及腐蝕性能測(cè)試。結(jié)果如下:焊縫金屬組織為低碳貝氏體+少量低碳馬氏體。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為550MPa，_20°C時(shí)焊縫金屬?zèng)_擊功平均值A(chǔ)kv=I 18J，腐蝕試樣表面光滑，腐蝕速率為1.58mm/a。測(cè)試結(jié)果表明:采用本實(shí)施例的埋弧焊焊絲，經(jīng)三絲埋弧焊后，其焊縫金屬力學(xué)性能及腐蝕性能完全滿足抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼的技術(shù)要求。
實(shí)施例4
一種抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼用埋弧焊焊絲，該埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:C 為 0.03 0.05wt%, Mn 為 0.40 0.50wt%, Si 為 0.20 0.40wt%, Cr 為 3.00 3.50wt%,Cu 為 0.30 0.40wt%, (V+Nb+Ti)為 0.08 0.10wt%, S≤0.001wt%,P≤ 0.002wt%，余量為 Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例所制備的埋弧焊焊絲的焊接工藝和所焊接的鋼板及腐蝕性能測(cè)試與實(shí)施例I相同。
對(duì)本實(shí)施例所制得的埋弧焊焊絲的焊縫金屬進(jìn)行顯微組織分析、力學(xué)性能及腐蝕性能測(cè)試，結(jié)果如下:焊縫金屬組織為低碳貝氏體+少量低碳馬氏體。焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為556MPa，_20°C時(shí)焊縫金屬?zèng)_擊功平均值A(chǔ)kv=120J，腐蝕試樣表面光滑，腐蝕速率為1.33mm/a。測(cè)試結(jié)果表明:采用本實(shí)施例所述埋弧焊焊絲，經(jīng)三絲埋弧焊后，其焊縫金屬力學(xué)性能及腐蝕性能完全滿足抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼的技術(shù)要求。本具體實(shí)施方式
與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本具體實(shí)施方式
采用的超低碳含量，一方面使焊縫金屬形成超低碳貝氏體或少量超低碳馬氏體，在保證焊縫金屬?gòu)?qiáng)度的同時(shí)，使其具有較好的抗裂性能和沖擊韌性，另一方面避免生成大量的鉻的碳化物，從而避免了耐腐蝕性能的降低。本具體實(shí)施方式
采用中等Cr元素含量，Cr元素在CO2腐蝕介質(zhì)中形成密致的腐蝕產(chǎn)物膜，可阻礙腐蝕進(jìn)一步發(fā)展。一方面保證焊縫金屬及熱影響區(qū)熔合線，在服役過(guò)程中，具有與母材相當(dāng)?shù)哪投趸几?蝕性；另一方面通過(guò)固溶強(qiáng)化提高焊縫金屬的強(qiáng)度，以彌補(bǔ)由于超低碳含量而降低的強(qiáng)度。本具體實(shí)施方式
添加適當(dāng)?shù)腃u元素，能使形成的腐蝕產(chǎn)物膜更加密致，提高耐腐蝕性能；另外，添加微量元素(V+Nb+Ti)，先于鉻形成碳化物，一方面能提高焊縫金屬的力學(xué)性能，另一方面還能提高耐腐蝕性能。本具體實(shí)施方式
中的S和P元素嚴(yán)格控制在0.001wt°/c^P 0.002wt%以下，通過(guò)鋼水純凈化提高焊絲的品質(zhì)，嚴(yán)格控制這兩種元素在焊絲中的含量，從而保證焊縫金屬中S、P元素控制在較低的水平。本具體實(shí)施方式
以超低的碳含量、中等的鉻含量、少量的銅含量和微量的(V+Nb+Ti)含量所制成的埋弧焊焊絲合金元素成分簡(jiǎn)單，成本低，易于控制。本具體實(shí)施方式
制備的埋弧焊焊絲，焊接抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼后的焊縫金屬組織為超低碳貝氏體+少量超低碳馬氏體組織，該組織保證了焊縫金屬具備65ksi級(jí)別的屈服強(qiáng)度，同時(shí)具有較好的沖擊韌性，抗拉強(qiáng)度達(dá)到> 540MPa，-20°C沖擊韌性達(dá)到> 100J ;同時(shí)，耐腐蝕性能優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)了與抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼性能的匹配。因此，本具體實(shí)施方式
的合金元素簡(jiǎn)單、成本低和易于控制，所制備的埋弧焊焊絲具有與母材匹配的抗二氧化碳腐蝕性能，能滿足對(duì)所焊抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼形成的焊接接頭強(qiáng)度和韌性的要求，還且能滿足對(duì)所焊接制備的油氣管道的技術(shù)要求，并具有較好的抗腐蝕性能。
權(quán)利要求
1.一種抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼用埋弧焊焊絲，其特征在于所述埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是:c為0.0Ol 0.05wt%, Mn為0.40 0.80wt%, Si為0.10 0.30wt%,Cr 為 3.00 6.00wt%, Cu 為 0.20 0.40wt%, (V+Nb+Ti)為 0.04 0.10wt%, S 彡 0.001wt%,P^0.002wt%，余量為Fe和不 可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼用埋弧焊焊絲。其技術(shù)方案是所述埋弧焊焊絲的化學(xué)組分是C為0.001~0.05wt%，Mn為0.40~0.80wt%，Si為0.10~0.30wt%，Cr為3.00~6.00wt%，Cu為0.20~0.40wt%，(V+Nb+Ti)為0.04~0.10wt%；S≤0.001wt%，P≤0.002wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明合金元素簡(jiǎn)單，所制備的埋弧焊焊絲與焊劑SJ101配合，形成的焊縫金屬的力學(xué)性能及耐腐蝕性能與抗二氧化碳腐蝕的65ksi強(qiáng)度級(jí)別管線鋼性能相匹配，且能滿足對(duì)所焊接制備的油氣管道的技術(shù)要求，并具有較好的抗腐蝕性能。
文檔編號(hào)B23K35/30GK103121149SQ20131008789
公開(kāi)日2013年5月29日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者王紅鴻, 吳開(kāi)明 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)