CN101811234B - 高强度管线钢用气体保护焊焊丝 - Google Patents

Abstract

一种高强度管线钢用气体保护焊焊丝，由下述Wt％的成份组成：C 0.05～0.08，Si 0.7～1.2，Mn 1.8～2.5，P＜0.010，S＜0.005，Ni 0.7～1.2，Ti0.04～0.1，余量为Fe。本发明通过确定C、Mn、Si、Ni、Ti元素的合理成分范围，使得在焊接X80管线钢时，焊缝金属具有高强度的同时具有较高的低温冲击韧性，焊丝具有优良的工艺性能和良好的适应性。适用于X80级管线钢全位置的焊接，特别适合于X80级管线钢环焊缝焊接。完全适合于高压油、气输送管线用X80级管线钢的现场焊接。

Description

高强度管线钢用气体保护焊焊丝

技术领域

本发明涉及一种高强度管线钢用气体保护焊焊丝，适用于X80级管线钢全位置的焊接，特别适合于X80级管线钢环焊缝焊接。

背景技术

X80级天然气输送管道用钢管的强度高，管径大、管壁厚，距离长，使得现场焊接施工的劳动强度大大提高。尤其是气候条件和地理环境恶劣地区的管道建设，有效施工时间短。这种情况下，推广使用自动焊技术能够很好地降低劳动强度，提高施工效率，缩短施工周期。

X80级管线钢对焊丝的焊接工艺性能、焊缝的力学性能以及生产工艺要求很高，特别是现场环焊缝主要采用全位置自动气保焊来完成，该焊接方法要求焊丝应具备高强度、高韧性和良好的焊接工艺性能。因此，X80级管线钢用气保护实心焊丝不仅要求具备良好的强度和韧性匹配，还应具有优良的焊接工艺性能。现有的气体保护焊焊丝强韧匹配和焊接工艺性能难以满足X80级管线钢的焊接技术要求。

发明内容

本发明提供一种高强度管线钢用气体保护焊焊丝，通过确定C、Mn、Si、Ni、Ti元素的合理成分范围，使得在焊接X80级管线钢时，焊缝金属具有高强度的同时具有较高的低温冲击韧性，并且具有优良的工艺性能和良好的适应性。适用于X80级管线钢全位置的焊接，特别适合于X80级管线钢环焊缝焊接。

本发明的设计思路：

1、C是保证焊缝金属强度的主要元素，必须保证焊丝中有一定的C含量，但过高的C元素会促进高碳马氏体的形成，因而影响焊缝金属的抗裂性能和冲击韧性，因此将焊丝中的C含量控制在0.05～0.08％范围内。

2、Mn是焊丝强化元素，又是脱氧元素，在脱氧过程中形成的氧化物能够提高焊缝金属的强度和低温冲击韧性。Mn是奥氏体稳定化元素，随着Mn含量的增加，焊缝金属中针状铁素体含量显著增加，先共析铁素体含量减少，侧板条铁素体的数量明显减少，同时针状铁素体细化，因此将焊丝中的Mn含量控制在1.80～2.5％之间。

3、Si是脱氧元素，改善焊接工艺性能，具有提高焊缝熔敷金属强度的作用，当Si含量偏低时脱氧不充分，易造成焊缝氧含量过高影响焊缝的低温冲击韧性；当焊丝中加入适量的Si元素可以改善其焊接工艺性和提高焊缝金属的强度；但过量的Si元素会降低焊缝金属的低温韧性。

熔敷金属的韧性在很大程度上依赖Si和Mn含量，Si、Mn含量过多或过少都可使韧性下降。Si和Mn对焊缝金属韧性影响的实质是Si、Mn改变了焊缝金属的微观组织。Si含量增加，使晶界铁素体增加。Mn是扩大奥氏体相区的元素，有推迟奥氏体向铁素体相变的功能，所以增加Mn在焊缝金属中的含量，可减少晶界铁素体的比例。因此Mn、Si含量应在一个适当的范围内，这样既有利于减少非金属夹杂物的产生，对韧性的改善有利，本发明焊丝中Si含量控制在0.7～1.2％之间。

4、Ni是提高焊缝的强度和低温冲击韧性元素，Ni能细化组织促使针状铁素体的形成，在焊缝金属中起重要的强化作用，焊缝金属中Ni对冲击韧性的影响与Mn含量之间存在着交互作用，当两种元素位于最佳的配合范围之内时，相应的焊缝金属具有优异的强韧性匹配，因此，根据上述Mn的加入量，确定焊丝中Ni的加入量为0.7～1.2％。

5、Ti是细化晶粒的元素，添加适量的Ti有改善焊丝焊接工艺性和焊缝组织以及提高材料低温韧性的作用。Ti作为微合金元素同时加入，焊接时Ti与母材中的N形成TiN颗粒，不仅细化晶粒，还能减少先共析铁素体形成，增加针状铁素体含量。因此，Ti含量为0.04～0.1％。

6、S和P都是有害的杂质元素，降低焊缝金属的冲击韧性和抗应力腐蚀能力，应严格其含量，以保证焊缝金属中S、P在较低水平，本发明中S、P控制在S＜0.005，P＜0.010。

本发明由下述Wt％的成份组成：C 0.05～0.08，Si 0.7～1.2，Mn 1.8～2.5，P＜0.010，S＜0.005，Ni 0.7～1.2，Ti 0.04～0.1，余量为Fe。

本发明具有的优点和有益效果：

1、本发明含有较低的C元素，较高的Mn和Ni，适量的Si元素，特别是通过Ti元素的添加扩大了针状铁素体的转变区域，增加原奥氏体晶内的针状铁素体，从而在焊缝中稳定获得大量的针状铁素体。通过各元素的综合作用使焊缝达到较高的强度、良好的低温冲击韧性和良好的焊接工艺性，该焊丝适用于气保焊半自动焊接和全位置自动焊接。

2、本发明具有良好的适应性。适用于X80级管线钢全位置的焊接，特别适合于X80级管线钢环焊缝焊接。

3、本发明熔敷金属力学性能为：抗拉强度(Rm)≥620MPa，屈服强度(Rel)≥550MPa，延伸率(A)≥17％，冲击功≥120J(-20℃)。

4、本发明可替代进口焊丝，可显著节省长距离油气输送管线建设成本，产生巨大的经济效益。

具体实施方式：

本发明采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量，选用S、P含量低的原材料，采用转炉炼钢及顶底复合吹炼工艺，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，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Φ4mm的盘条。盘条经剥壳—酸洗—拔丝—镀铜制成Φ1.2mm、Φ1.0mm或者其它规格的成品焊丝。

本发明实施例一：

1、焊丝的化学成分Wt％为(余量为Fe)：

成分	C	Mn	Si	S	P	Ni	Ti
								含量	0.065	1.92	0.83	0.0041	0.008	1.12	0.05

2、焊接工艺：焊接保护气体为富氩混合气体80％Ar+20％CO₂。焊接电流为270A，焊接电压为29V，焊接速度为30cm/min，气体流量为20L/min。熔敷金属共焊接六层，每层8～10道，打底焊的焊接线能量为16KJ/cm，填充焊的焊接线能量为13.5KJ/cm，层间温度保持在150℃左右。

经试验焊丝工艺性能良好，焊接电弧稳定，飞溅小，适应于全位置焊接，焊道成型美观，焊缝未出现气孔、夹渣、未熔合等焊接缺陷。

3、焊丝熔敷金属试验力学性能：熔敷金属焊接试验按照GB/T8110-2008《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》标准进行。按照标准要求从熔敷金属制取拉伸试样、冲击试样和金相样。

经试验熔敷金属力学性能为：抗拉强度(Rm)＝710MPa，屈服强度(Rel)＝635MPa，延伸率(A)＝20％，平均冲击功＝175J(-20℃)。

本发明实施例二：

1、焊丝的化学成分Wt％为(余量为Fe)：

成分	C	Mn	Si	S	P	Ni	Ti
								含量	0.071	1.88	0.98	0.0036	0.0075	0.82	0.085

2、焊接工艺：焊接保护气体为富氩混合气体80％Ar+20％CO₂。焊接电流为270A，焊接电压为29V，焊接速度为30cm/min，气体流量为20L/min，熔敷金属共焊接六层，每层8～10道，打底焊的焊接线能量为16KJ/cm，填充焊的焊接线能量为13.5KJ/cm，层间温度保持在150℃左右。

经试验焊丝工艺性能良好，焊接电弧稳定，飞溅小，适应于全位置焊接，焊道成型美观，焊缝未出现气孔、夹渣、未熔合等焊接缺陷。

3、焊丝熔敷金属试验力学性能：熔敷金属焊接试验按照GB/T8110-2008《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》标准进行。按照标准要求从熔敷金属制取拉伸试样、冲击试样和金相样。

经试验熔敷金属力学性能：抗拉强度(Rm)＝670MPa，屈服强度(Rel)＝625MPa，延伸率(A)＝21％，平均冲击功＝190J(-20℃)。

Claims (1)

1.一种高强度管线钢用气体保护焊焊丝，其特征是所述焊丝由下述Wt％的成份组成：C0.05～0.08，Si0.83～1.2，Mn1.8～2.5，P<0.010，S<0.005，Ni0.7～1.2，Ti0.04～0.1，余量为Fe。