CN101733584A - 管线钢用高强度埋弧焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管线钢用高强度埋弧焊丝，其化学成份Wt％为：C0.02-0.10；Si0.10-0.60；Mn1.50-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Ni0.7-3.0；Ti0.05-0.2；Mo0.20-0.60；B0.003-0.02；余量为Fe。本发明与BGSJ101H1焊剂和其它管线钢焊接专用焊剂匹配能得到最佳的焊缝强韧性，焊缝金属抗拉强度σ_b≥760Mpa；焊缝金属-10℃冲击功A_kv≥120J，适用于高压油、气输送管线用X100超高钢级管线钢板的高速埋弧焊接。

Description

管线钢用高强度埋弧焊丝

技术领域

本发明涉及一种管线钢用高强度埋弧焊丝，属于焊接材料制造技术领域，特别适用于X100级管线钢板的高速埋弧焊接。

背景技术

油气输送管采用高钢级管材制造可在同样输量下提高输送压力，缩小管材直径，相应减轻管材的重量，降低管材的成本及管材的运输费用，同时还可减少管线建设的施工费用(因开沟费、焊接费用等减少)，防腐涂层费用等。在有些情况下还可使压缩机站的数量减少。目前西气东输二线大量使用的X80材质管线钢比采用X70材质管线钢管道建设总成本节省约42亿元人民币。为了提高油气输送管线的输送效率，降低铺设费用，油气输送管道将向大口径、高压力方向发展，高钢级管线钢将成为今后长距离输送管道的主要用钢。X100管线钢是当今世界超高强度管线钢级，也是国内外管线钢开发的热点之一，X100钢管的应用可显著节省长距离油气输送管线的总成本。宝钢、鞍钢等国内各大钢厂已开发出了X100级管线钢，未来X100管线钢将成为发展趋势，但相应的埋弧焊焊丝仍然处于空白。

由于X100级管线钢的碳含量已达到低于0.07％的超低碳水平，其金属组织以贝氏体铁素体为主，要求焊缝金属与其相匹配，所以现有埋弧焊丝已无法满足X100管线钢焊接要求，急需开发适用于X100焊管焊接使用的新型埋弧焊丝。目前国内管线钢用焊丝最高级别达到X80钢级，焊缝抗拉强度只有625MPa，而抗拉强度达到760MPa以上的管线钢埋弧焊丝未见有报道。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种管线钢用高强度埋弧焊丝，适用于X100级管线钢的焊接，且焊缝金属的抗拉强度σ_b≥760Mpa；焊缝金属-10℃下的冲击功A_kv≥120J，适用于高焊速大线能量埋弧焊接。

本发明的设计思路：焊缝的碳含量增加虽然可以提高焊缝针状铁素体的量而减少先共析铁素体的量，但过多的C元素，在焊管生产中促进贝氏体甚至马氏体的产生，而且不利于焊缝抗冷裂性能。本发明从成份设计上适当降低焊丝C含量，以保证焊缝金属与母材的C含量相当。焊丝C含量减少而引起强度的降低，可通过适当提高Mn、Si含量来弥补，同时添加Mo、Ni、Ti、B等微合金元素，限制S、P等元素的含量，以提高焊缝金属的强韧性。

Mn是奥氏体化稳定元素，在一定范围内，焊缝中增加Mn不仅可提高针状铁素体的体积分数，减少先共析铁素体数量，同时容易得到低碳贝氏体组织，锰含量的增加既可提高焊缝韧性，又可提高焊缝强度。

Mo可降低相变温度，抑制先共析铁素体的生成，促进针状铁素体的转变，增加针状铁素体的比例，并能提高碳氮化物的沉淀强化效果。加入Ni可细化晶粒，降低韧脆转变温度，使焊缝既有高强度又有高韧性。但Ni、Mo超过一定数量时，会形成马氏体组织，为了达到合理的强韧性的匹配，焊丝中Ni、Mo含量分别控制在0.7-3.0％和0.20-0.60％。

Ti和B作为微合金元素同时加入，Ti与N形成TiN颗粒，可细化晶粒，Ti还能减少先共析铁素体形成，增加针状铁素体含量。B能偏析在晶界与N形成化合物，有效阻止焊缝金属的晶粒长大，同时加入B可使CCT曲线右移，抑制先共析铁素体析出，得到更多的针状铁素体，从而提高焊缝韧性，但B的加入需在添加Ti的前提下，保证B不被氧化。

添加适量的稀土元素可改善焊缝组织，减少柱状晶和网状树枝晶，细化晶粒，提高焊缝的冲击韧性。

S、P元素降低焊缝金属的低温冲击韧性，应严格限制含量，以保证焊缝金属中S、P控制在较低的水平。

本发明埋弧焊丝，与BG-SJ101H1焊剂和其它管线钢专用焊剂匹配能得到最佳的焊缝强韧性。

本发明的技术关键在于确定C、Mn、Si、Ni、Mo、Ti、B及稀土元素的合理成份范围，使焊缝金属具有760MPa高强度的同时具有高的低温冲击韧性，对大线能量、高焊接速度的X100焊管焊接有较高的适应性。

本发明技术解决方案一：该焊丝化学成份Wt％为C 0.02-0.10；Si0.10-0.60；Mn 1.50-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Ni 0.7-3.0；Ti0.05-0.2；Mo 0.20-0.60；B 0.003-0.02；余量为Fe。

本发明技术解决方案二：该焊丝化学成份Wt％为C 0.02-0.10；Si0.10-0.60；Mn 1.50-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Ni 0.7-3.0；Ti0.05-0.2；Mo 0.20-0.60；B 0.003-0.02；Re0.1-0.4；余量为Fe。

所述Re为铱Y或铈Ce。

本发明具有的优点和有益效果：

1、本发明的化学成份特点是含较低的C，较高的Mn、Ni，适量的Si，少量的Mo和微量的Ti、B、稀土元素。通过各元素的综合作用使焊缝达到较高强度和具有良好的低温冲击韧性，同时适应高焊速大线能量焊接。由于Ni、Mo等合金元素控制在一定的水平，与目前X100管线钢有较好的匹配，因而适合高强度高韧性管线钢的焊接。

2、本发明与BG-SJ101H1焊剂匹配焊接国产X100钢得到的焊缝性能如下：

①焊缝金属的抗拉强度σ_b≥760Mpa；焊缝金属-10℃下的冲击功A_kv≥120J。

②焊缝金属的组织为针状铁素体AF+少量低碳贝氏体。

3、本发明的埋弧焊丝具有良好的焊接工艺性能，焊速在1.5-2.0m/min时，14mm以上壁厚的焊管具有较高的焊缝强度及冲击韧性值，且很稳定。

4、本发明可替代进口焊丝，适应于高压油、气输送管线用X100超高钢级管线钢板的埋弧焊接，可显著节省长距离油气输送管线的总成本，用于西气东输二线X100焊管试验段及跨国长输管线将产生巨大的经济效益。

具体实施方式

采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量，选用S、P含量低的原材料，采用转炉炼钢和顶底复合吹炼工艺，将冶炼终点的C、S、P控制在较低的水平，经脱氧合金化后，采用LF炉等炉外精炼工艺添加微量元素，冶炼出成分符合要求的钢水，钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯，连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ5.5mm的盘条。盘条经剥壳—酸洗—涂硼砂—拔丝—镀铜制成Φ4mm或Φ3.2mm成品焊丝。

本发明实施例一：

焊丝的化学成份Wt％为(余量为Fe)：

成分	C	Si	Mn	Mo	Ni	Ti	B	Y	P	S
											含量(Wt％)	0.08	0.3	1.6	0.4	2.6	0.09	0.01	0.1	＜0.01	＜0.01

本发明焊丝与BG-SJ101H1焊剂配合，焊接国产X100管线钢，焊接试板厚14.7mm，坡口角度60°，焊接规范为：焊接速度1.7±0.2m/min，热输入27KJ/cm，双面焊接，不进行预热及后热处理。焊缝金属的力学性能为：σ_b＝801MPa，-10℃A_kv＝146J。

本发明实施例二：

焊丝的化学成份Wt％为(余量为Fe)：

成分	C	Si	Mn	Mo	Ni	Ti	B	P	S
										含量(Wt％)	0.05	0.3	1.9	0.4	1.3	0.11	0.009	＜0.01	＜0.01

本发明焊丝与BG-SJ101H1焊剂配合，焊接国产X100管线钢，焊接试板厚14.7mm，坡口角度80°，焊接规范为：焊接速度1.7±0.2m/min，热输入25KJ/cm，双面焊接，不进行预热及后热处理。焊缝金属的力学性能为：σ_b＝782MPa，-10℃A_kv＝173J。

本发明实施例三：

焊丝的化学成份Wt％为(余量为Fe)：

成分	C	Si	Mn	Mo	Ni	Ti	B	Ce	P	S
											含量(Wt％)	0.04	0.5	2.3	0.5	1.6	0.15	0.006	0.3	＜0.01	＜0.01

本发明焊丝与BG-SJ101H1焊剂配合，焊接国产X100管线钢，焊接试板厚14.7mm，坡口角度80°，焊接规范为：焊接速度1.7±0.2m/min，热输入27KJ/cm，双面焊接，不进行预热及后热处理。焊缝金属的力学性能为：σ_b＝839MPa，-10℃A_kv＝168J。

Claims (4)

1.一种管线钢用高强度埋弧焊丝，其特征是所述焊丝化学成份Wt％为：C  0.02-0.10；Si 0.10-0.60；Mn 1.50-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Ni 0.7-3.0；Ti 0.05-0.2；Mo 0.20-0.60；B 0.003-0.02；余量为Fe。

2.一种管线钢用高强度埋弧焊丝，其特征是所述焊丝化学成份Wt％为：C  0.02-0.10；Si 0.10-0.60；Mn 1.50-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Ni 0.7-3.0；Ti 0.05-0.2；Mo 0.20-0.60；B 0.003-0.02；Re 0.1-0.4；余量为Fe。

3.根据权利要求2所述的管线钢用高强度埋弧焊丝，其特征是：所述Re为铱Y。

4.根据权利要求2所述的管线钢用高强度埋弧焊丝，其特征是：所述Re为铈Ce。