一種x90管線鋼環(huán)焊縫用氣保護(hù)實心焊絲的制作方法
【專利摘要】一種X90管線鋼環(huán)焊縫用氣保護(hù)實心焊絲，屬于焊接材料【技術(shù)領(lǐng)域】。適應(yīng)于高壓、油氣輸送管線用X90高鋼級管線鋼環(huán)焊縫的全位置焊接?；瘜W(xué)成分按重量％為：C：0.05-0.11；Si：0.50-0.80；Mn：1.40-1.80；P<0.010；S<0.010；Cr：0.30-0.50；Ti：0.05-0.10；Mo：0.30-0.60；Ni：1.5-2.0；B：0.003-0.008；余量為Fe。用于X90高鋼級管線鋼環(huán)焊縫的全位置焊接，其焊縫金屬抗拉強度σb≥720Mpa；焊縫金屬-10℃沖擊功AkV≥130J，該焊絲焊接工藝性良好。
【專利說明】一種X90管線鋼環(huán)焊縫用氣保護(hù)實心焊絲

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種X90管線鋼環(huán)焊縫用氣保護(hù)實心焊絲，適用于X90級管線鋼管環(huán)焊縫全位置焊接。

【背景技術(shù)】
[0002]我國油氣管線的建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展時期，油氣管道總里程年均增加6000?8000km，管道建設(shè)規(guī)模和速度位于世界前列。到2015年我國將有縱貫?zāi)媳睎|西和連通國外的10余條大型油氣管道工程，管線鋼年需求量600萬噸左右。國內(nèi)天然氣管道發(fā)展方向是如何進(jìn)一步提高單管輸氣能力，是在1219mm管徑基礎(chǔ)上繼續(xù)提高設(shè)計壓力到14MPa和鋼級提高到X100，還是在12MPa壓力基礎(chǔ)上突破管徑到1422mm提高壁厚仍采用X80，是擬建的西氣東輸四線、五線急待解決的問題。由于XlOO在自止裂性能上存在安全隱患，X90是最具有大規(guī)模應(yīng)用可能的更高級別管線鋼，X90成分設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)、自止裂性能以及現(xiàn)場環(huán)焊縫焊接技術(shù)是其推廣應(yīng)用必須解決的技術(shù)難題。
[0003]油氣管道工程是一項大規(guī)模的現(xiàn)場焊接安裝工程。在管道建設(shè)中，焊接施工作業(yè)點隨著管道延伸不斷遷移，自然環(huán)境復(fù)雜多變，一條長輸管道在建設(shè)過程中會遇到多種人文環(huán)境、地質(zhì)形貌和氣候條件。為適應(yīng)不同的焊接環(huán)境，管道施工的焊接工藝選擇是多種多樣的。世界發(fā)達(dá)國家管道環(huán)焊縫主要采用氣保護(hù)實心焊絲自動焊進(jìn)行焊接，我國自動焊程度低，管道環(huán)焊縫主要采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊進(jìn)行焊接。隨著輸送管道強度、直徑和壁厚的不斷提高，焊接施工勞動強度增強，現(xiàn)場環(huán)焊縫焊接材料、焊接工藝可選擇的范圍越來越窄，焊接施工難度越來越大，難以保證焊縫具有與母材相同或接近的性能，現(xiàn)場環(huán)焊技術(shù)已成為制約高強度、厚壁管線鋼應(yīng)用的主要瓶頸。
[0004]自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊由于設(shè)備一次性投資小，操作靈活，對環(huán)境和工況適應(yīng)性強，在我國管道鋪設(shè)中占居了主導(dǎo)位置，但其對焊工操作技能要求較高，焊縫金屬綜合性能隨著鋼管強度等級的提高有所下降，在高鋼級管道中應(yīng)用的局限性越來越大。氣保護(hù)實心焊絲自動焊雖然設(shè)備一次性投資大，但焊接效率高，不受人為因素影響，有利于焊接質(zhì)量的控制與管理，焊縫金屬綜合性能高，在高鋼級管道中的應(yīng)用前景好。我國目前尚未有成熟的X90管線鋼環(huán)焊縫用焊接材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種X90管線鋼環(huán)焊縫用氣保護(hù)實心焊絲，確定了 C、S1、Mn、Cr、Mo、N1、T1、B元素成分范圍，采用發(fā)明的焊絲焊接X90級管線鋼，焊縫金屬具有高強度和優(yōu)良的低溫沖擊韌性，全位置焊的藝性能良好，不同位置的焊縫表面光滑、均勻，焊道形貌美觀。適用于X90級管線鋼的焊接，也適合于X80級管線鋼環(huán)焊縫全位置焊接。
[0006]本發(fā)明的焊絲化學(xué)成分按重量％為:C:0.05-0.11 ；S1:0.50-0.80 ；Mn:1.40-1.80 ；P<0.010 ；S<0.010 ；Cr:0.30-0.50 ；T1:0.05-0.10 ；Mo:0.30-0.60 ；Ni:
1.5-2.0 ；B:0.003-0.008 ;余量為 Fe。
[0007]C是確保焊縫金屬強度的主要元素，但過高的C元素會引起飛濺，影響焊絲的工藝性能，同時還會促進(jìn)高碳馬氏體的形成，影響焊縫金屬的沖擊韌性。控制碳元素在合適的范圍可確保焊絲的焊接工藝性能和焊縫強韌性，因此本發(fā)明焊絲中的C含量控制在0.05?
0.11%范圍內(nèi)。
[0008]Si是脫氧元素，也起到固溶強化的作用。Si能增加焊縫金屬的強度，但使焊縫金屬的韌性下降。焊絲中Si含量偏低，脫氧不充分，影響焊縫的低溫沖擊韌性；Si含量過高，促使焊縫金屬硬化，降低焊縫金屬的低溫韌性，同時焊接飛濺增加，焊絲工藝性能下降。焊絲中含有適量的Si，既可減少焊縫中非金屬夾雜物，又可改善焊縫金屬的沖擊韌性，本發(fā)明焊絲中Si含量控制在0.5?0.8%之間。
[0009]Mn是焊縫金屬的強化元素，又是脫氧元素，焊絲中須有足夠的Mn含量才能達(dá)到脫氧效果。Mn是奧氏體穩(wěn)定化元素，焊絲中加Mn不僅能提高焊縫金屬針狀鐵素體的體積分?jǐn)?shù)，減少先共析鐵素體數(shù)量，同時還易得到低碳貝氏體組織，錳含量的增加既可提鋼材高韌性，又可提高鋼材強度。因此本發(fā)明焊絲中Mn含量控制在1.4?1.8%之間。
[0010]Cr是擴大Y相區(qū)的元素，降低Y — α相變臨界溫度，使奧氏體轉(zhuǎn)變在較低的溫度下進(jìn)行。焊縫金屬的硬度隨Cr含量的增加而漸增，在低Mn含量時基本上呈線性增加，但在高M(jìn)n含量時則呈非線性。Cr對焊縫強度的影響與Mn相似，隨著Cr含量的增加，焊縫金屬強度增大，只是Cr的作用較Mn弱，Cr含量超過0.5%時，隨Cr含量的增加，生成帶第二相的側(cè)板條鐵素體，而使焊縫的韌性惡化。因此本發(fā)明焊絲中Cr含量控制在0.3?0.5%之間。
[0011]Mo是縮小Y相區(qū)的元素，是中強碳化物形成元素，其主要作用是推遲先共析鐵素體轉(zhuǎn)變而有利于形成貝氏體組織。Mo在焊縫中固溶于奧氏體或以碳化物的形式存在，并強烈地抑制珠光體轉(zhuǎn)變。適當(dāng)?shù)腗o含量能夠明顯縮短貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期，進(jìn)一步延長鐵素體-珠光體轉(zhuǎn)變的孕育期，有利于在較寬的冷卻條件下獲得中溫轉(zhuǎn)變組織。在錳含量為
1.2%時，加入0.15% Mo，會使焊縫中針狀鐵素體含量從45%增加到85%，且針狀鐵素體晶粒特別細(xì)小。因此本發(fā)明焊絲中Cr含量控制在0.3?0.6%之間。
[0012]N1:是奧氏體穩(wěn)定化元素，Ni無限固溶于Y-Fe，在焊縫金屬中也起固溶強化作用，能增加針狀鐵素體析出，細(xì)化組織。Ni的作用與Mn相似，只是較Mn的作用弱，是弱強化合金元素。在焊縫金屬的整個冷卻速度范圍內(nèi)，Ni都可以使相變溫度降低，并使側(cè)板條鐵素體開始轉(zhuǎn)變溫度降低程度明顯大于針狀鐵素體開始轉(zhuǎn)變溫度的降低。在焊縫金屬中含有Mn時，Ni的這種效果更有利于針狀鐵素體的形成。因此本發(fā)明焊絲中Ni含量控制在1.5?
2.0%之間。
[0013]Ti和B作為微合金元素同時加入，加入微量的Ti與N形成TiN顆粒，有效阻止焊縫金的屬晶粒長大，細(xì)化晶粒，Ti還能減少先共析鐵素體形成，增加針狀鐵素體含量，但含B量低時效果不明顯。B能偏析在晶界與N形成化合物，起固氮作用，同時加入B可使CCT曲線右移，抑制先共析鐵素體析出，得到更多的針狀鐵素體，從而提高焊縫韌性，但B的加入需在添加Ti的前提下，保證B不被氧化。
[0014]S、P是有害元素，嚴(yán)重惡化焊縫的性能，主要表現(xiàn)在降低上平臺韌性和提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，導(dǎo)致氫致開裂。在含量相同的情況下，S的有害作用4倍于P。因此焊縫中要嚴(yán)格控制S、P的含量，尤其是S的含量，限制它們的危害作用。本發(fā)明中S、P控制在S < 0.005，P < 0.010。
[0015]本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果
[0016]I本發(fā)明焊絲采用工業(yè)轉(zhuǎn)爐冶煉，高速無扭軋機軋制，經(jīng)拉拔加工成成品焊絲，生產(chǎn)上易于實現(xiàn)。
[0017]2本發(fā)明的焊絲采用80% Ar+20% C02富氬混合氣體焊接，焊接飛濺小，電弧穩(wěn)定性和全位置操作性良好，焊縫成型美觀，焊絲的焊接工藝性能優(yōu)良。
[0018]3本發(fā)明的焊絲采用80% Ar+20% C02富氬混合氣體焊接，熔敷金屬的屈服強度σ s = 635-660MPa，抗拉強度 σ b = 705_760MPa，延伸率彡 22%, -20°C沖擊功彡 120J。
[0019]4本發(fā)明的焊絲采用80% Ar+20% C02富氬混合氣體焊接X90，焊縫金屬抗拉強度σ b = 720-760MPa，焊縫金屬-10°C沖擊功彡130J。
[0020]5本發(fā)明可替代進(jìn)口焊絲，可顯著降低長距離油氣輸送管線建設(shè)成本，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

【具體實施方式】
:
[0021]采用脫硫鐵水，控制入爐鐵水硫含量，采用轉(zhuǎn)爐煉鋼，選用S、P含量低的原材料，采用頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝，將冶煉終點的C、s、p控制在較低的水平，經(jīng)脫氧合金化后，采用LF爐等爐外精煉工藝，冶煉出成分符合要求的鋼水，鋼水經(jīng)品種鑄機全保護(hù)澆鑄成連鑄坯，連鑄坯經(jīng)高速無扭軋機軋制成Φ5.5_的盤條。盤條經(jīng)剝殼一酸洗一涂硼砂一拔絲一鍍銅制成Φ 1.0mm或Φ 1.2mm成品焊絲。
[0022]實施例1:焊絲的化學(xué)成分(按重量 ％ ):C0.055、Mnl.45、S1.55、Cr0.35、Mo0.35、Nil.55、T1.05、B0.003，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0023]本發(fā)明焊絲采用80% Ar+20% C02富氬混合氣體進(jìn)行熔敷金屬焊接，試板為Q235，厚度為24mm，坡口角度30°，根部間隙為12mm。焊接規(guī)范為:焊接電流250?270A，焊接電壓28?30V，焊接速度為30cm/min，氣體流量為20L/min，層間溫度彡150°C。熔敷金屬的屈服強度σ s = 635Mpa，抗拉強度σ b = 705Mpa，熔敷金屬的延伸率=27%，熔敷金屬_20°C沖擊功Akv = 150J，熔敷金屬-40°C沖擊功Akv = 68J。
[0024]本發(fā)明焊絲采用80% Ar+20% C02富氬混合氣體焊接X90級管線鋼，試板尺寸為16.3mmX200mmX500mm，采用VY組合型坡口，V坡口角度為30°，Y坡口角度為5-8°。規(guī)范為:焊接電流220?260Α，焊接電壓22?28V，焊接速度16?20cm/min，氣體流量20-35L/min，層間溫度80-120°C。焊縫金屬的抗拉強度為σ b = 720Mpa，焊縫金屬-10°C沖擊功Akv=151J，焊縫金屬的最高維氏硬度HVltl = 252。
[0025]實施例2:焊絲的化學(xué)成分(按重量％ ):C0.10,Mnl.75,S1.75,Cr0.45,Mo0.55、Nil.90、T1.09、B0.007，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明焊絲采用80% Ar+20% C02富氬混合氣體進(jìn)行熔敷金屬焊接，試板材質(zhì)、規(guī)格、坡口角度、焊接工藝與實例I相同，熔敷金屬屈服強度σ s = 660Mpa，抗拉強度σ b = 760Mpa，，延伸率=22%，熔敷金屬_20°C沖擊功Akv = 120J，熔敷金屬-40°C沖擊功Akv = 46J。
[0026]本發(fā)明焊絲采用80% Ar+20% C02富氬混合氣體焊接X90級管線鋼，試板規(guī)格、坡口角度、焊接工藝與實例I相同，焊縫金屬的抗拉強度為σ b = 760Mpa，焊縫金屬_10°C沖擊功AkV = 130J，焊縫金屬的最高維氏硬度HVlO = 272。
【權(quán)利要求】
1.一種X90管線鋼環(huán)焊縫用氣保護(hù)實心焊絲，其特征在于，化學(xué)成分按重量％為:C:0.05-0.11 ；Si:0.50-0.80 ；Mn:1.40-1.80 ；P<0.010 ；S<0.010 ；Cr:0.30-0.50 ；Ti:0.05-0.10 ；Mo:0.30-0.60 ；N1:1.5-2.0 ；B:0.003-0.008 ;余量為 Fe。
【文檔編號】B23K35/30GK104175019SQ201410418858
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】陳延清, 張飛虎, 郭占山, 張熹, 王鳳會, 張楠, 牟淑坤, 鞠建斌, 董現(xiàn)春, 劉宏, 齊建 申請人:首鋼總公司