CN102009285A

CN102009285A - 一种x80管件用埋弧焊丝

Info

Publication number: CN102009285A
Application number: CN2010105506280A
Authority: CN
Inventors: 牛靖; 刘迎来; 冯耀荣; 吉玲康; 池强; 王鹏
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明涉及一种X80管件用埋弧焊丝，按重量百分比，其焊丝的化学成分为：C：0.10-0.14，Mn：0.90-1.20，Si：≤0.05，Cr：0.40-0.60，Mo：0.25-0.35，Ni：1.95-2.25，Ti：0.10-0.15，B：0.005-0.010，S≤0.005％，P≤0.022％，余量为Fe；本焊丝与碱性烧结焊剂SJ101、SJ102匹配焊接，890℃～930℃盐水淬火+560℃～680℃回火后，焊缝可以获得最佳的强韧性配合，焊缝抗拉强度达到660～780MPa，焊缝-46℃冲击值Akv≥100J，适用于X80管件母管的焊接，特别适用于高压油、气输送管线用低温X80管件母管的埋弧焊接。

Description

一种X80管件用埋弧焊丝

技术领域

本发明涉及一种可获得良好的低温韧性，适用于管件(三通、弯头等)母管的焊接，特别适用于高压油、气输送用X80低温管件母管的高效焊接的埋弧焊丝。

背景技术

我国西气东输、西部、中俄、中亚等管道建设中，拟建设数十座压气站和数十座输配气站场及100座以上的阀室，需要大量站场管件(三通、弯头等)。站场极限温度达到-30～-40℃，有的站场最低气温低于-46℃，厚度达到50-70mm。根据管道工艺设计要求，部分站场管件需裸露在寒冷的外部环境下服役，对材料抗脆性起裂能力是一个严峻的挑战。管件的生产不同于直管，需要经过鼓包、拉拔等热成形过程，以及为了恢复母管的力学性能而进行的整体热处理(一般进行淬火+回火)，所以，管件焊缝往往在热处理态使用。以至于焊缝成为管件低温脆化的主要区域之一。

目前，X80管线钢焊接用埋弧焊丝比较多，如中国专利号为ZL01106520.6、ZL200410073353.0、ZL200510018993.6、ZL200610124514.3、ZL200610145593.6的专利等。采用以上焊丝焊接的焊缝，在焊态下具有良好的强韧性，完全能够达到直管的性能要求。但是，采用以上焊丝焊接完成的焊缝不适合进行焊后热加工，X80管件生产中的热过程及焊后调质处理会导致焊缝性能严重变化，尤其是焊缝的低温韧性严重偏低，以至于达不到焊缝的韧性要求。

目前，X80管件焊缝的冲击韧性只能达到-30℃平均夏比冲击功不低于40J、最小值不低于30J的标准要求，而且稳定性差，特别是壁厚较大时更是如此，难于保障-30℃以下低温环境管道安全性要求，迫切需要兼备高强度和优良低温韧性的管件用焊接材料，为了大幅度提高厚壁管件的焊接效率，高效埋弧焊丝十分值得期待。本发明针对这一情况，结合X80管件的生产工艺和性能要求，提供了一种适合于X80低温管件制造的埋弧焊丝。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于X80管件母管焊接，工业上有助于高效生产的高韧性埋弧焊丝。

本发明所述的X80管件用埋弧焊丝的化学成分(重量百分比，w％)为：C：0.10-0.14，Mn：0.90-1.20，Si：≤0.05，Cr：0.40-0.60，Mo：0.25-0.35，Ni：1.95-2.25，Ti：0.10-0.15，B：0.005-0.010，S≤0.005％，P≤0.022％，余量为Fe。

本发明的埋弧焊丝以C-Mn合金系为基础，在此基础上加入了Cr、Mo、Ni、Ti、B等元素来提高热处理后焊缝的强韧性。本发明的埋弧焊丝的主要成分特点如下：

本发明设计的焊丝中C控制在0.10～0.14％。碳元素对焊缝的淬透性及强韧性具有重要的影响，焊丝中含碳量的增加，可以增加焊缝中针状铁素体的含量，减少先共析铁素体的含量，进而提高焊缝强度。但是，焊缝中过多的含碳量，会促进焊缝中贝氏体甚至马氏体的形成，导致焊缝的抗裂性下降。

本发明焊丝中Mn的含量控制在0.90～1.20％。Mn是奥氏体稳定化元素，能够降低奥氏体向铁素体的转变温度。焊缝金属中Mn充当固溶强化组元，增加Mn含量有助于细化晶粒，增加针状铁素体的含量，同时减少晶界先共析铁素体和侧板条铁素体的含量，从而改善焊缝金属的韧性。但过多的Mn含量时，易于在晶界偏析，从而导致残余奥氏体、马氏体等组织产生。

本发明焊丝中Si的含量控制在0.05％以下。与本发明的焊丝配合使用的焊剂为SJ101、SJ102。SJ101、SJ102焊剂含有约20％的SiO₂，可以使焊缝中的Si含量维持较高的水平。过多的Si含量会对焊缝的韧性产生不利的影响。

本发明焊丝中Ni的含量控制在1.95～2.25％。Ni可以使γ区扩展，与γ-Fe形成无限固溶体，与α-Fe形成有限固溶体。Ni的加入由于减小了奥氏体与铁素体的自由能差，使得γ→α的转变温度明显降低，对贝氏体转变有较大的推迟作用。在焊缝金属中Ni作为强化组元，通过晶粒细化和固溶强化获得强化效果。Ni也是最好的韧化组元，作为合金元素能够显著改善焊缝金属的低温韧性。为了发挥Ni的有利作用，在增加其含量的同时，应严格限制S、P含量。

本发明焊丝中Cr、Mo的含量分别控制在0.40～0.60％、0.25～0.35％。铬、钼元素也是固溶强化元素，可以有效提高焊缝的淬透性。这两种元素的作用与Mn元素相似，可以增加焊缝中针状铁素体含量，减少先共析铁素体含量。但当超过一定数量时，会导致贝氏体或马氏体的形成。

本发明焊丝中Ti、B的含量分别控制在0.10～0.15％、0.005～0.010％。Ti作为微合金元素，通过细化晶粒，改变相变动力学和溶质原子过饱和状态的脱溶以改善焊缝的强韧性。Ti是焊缝金属中最重要的微合金元素，其化学性质十分活泼，是一种良好的脱氧剂，在焊缝中与O有很高的亲和力，形成高熔点的Ti₂O₃(≥1400℃)，能够强烈促进铁素体的形核。Ti能够与氮元素生成高温下(＞1350℃)不易溶解的TiN颗粒相，能够限制奥氏体晶粒的长大，促进针状铁素体形核，具有改善焊缝金属强韧性的作用。B能偏析在晶界，以“占位效应”的形式起到净化晶界的作用；同时B可以使CCT曲线右移，拟制先共析铁素体的析出，得到更多的针状铁素体，提高焊缝韧性。B与Ti配合加入，才能获得良好效果。

S、P是必须严格限制的杂质元素，尽量降低其含量有利于焊接性和韧性的改善，现代冶炼技术已经能够将其控制在S≤0.005％，P≤0.022％。本发明焊丝中含有较高的Ni元素，所以必须严格控制S含量，以防止大热输入情况下焊缝的抗热裂能力。P元素本身是一种低温脆化元素，应尽可能加以限制。

本发明的有益效果：

(1)本发明的焊丝化学成分的特点在于：Mn含量控制在0.90～1.20％，防止过量的Mn元素在晶界偏析，导致残余奥氏体、马氏体等组织产生，降低焊缝的韧性；Ni含量提高并控制在1.95～2.25％，以提高焊缝的淬透性和低温韧性；Ti与B元素配合使用，含量分别控制在0.10～0.15％、0.005～0.010％，以最大限度地实现Ti与B元素细化奥氏体晶粒，提高焊缝低温韧性的目标。

(2)本发明的焊丝焊接的焊缝，特别适合焊后热加工。通过焊后热处理，焊缝除了具有高强度，还有良好的低温韧性；焊后880℃～930℃盐水淬，560℃～680℃回火后，焊缝可以获得最佳的强韧性配合，焊缝抗拉强度达到660～780Mpa，焊缝-46℃冲击功A_KV≥100J，完全能够满足X80低温管件对焊缝的韧性要求；

(3)本发明的焊丝，其焊缝的焊后热处理规范与X80低温管件钢热处理规范重合性良好；

(4)本发明的焊丝可进行厚板的焊接，板厚可达到70mm；

(5)热输入最高可达42kJ/cm，能够实现构件的高效焊接。

(6)焊后多次热过程或热处理后，焊缝能达到较高的强度和低温韧性。适合于需要进行焊后热处理的低温构件的焊接，特别适合于X80级别低温管件的高效焊接。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行进一步详述：

实施例1：

真空冶炼本发明焊丝钢，冶炼后经过锻造、剥皮等工序后，将焊丝钢盘条拉拔成规格为φ4mm的焊丝，经过表面镀铜制成成品焊丝。其化学成分(按照重量百分比计)为：C：0.11，Mn：1.10，Si：0.025，Cr：0.43，Mo：0.33，Ni：2.10，Ti：0.12，B：0.007，S：0.0030，P：0.005，余量为Fe。

本焊丝与CHF101焊剂配合使用，焊接线能量32～38KJ/cm。焊后进行910℃盐水淬火，再进行660℃回火。熔敷金属的力学性能为：R_el＝580MPa，R_m＝685MPa，A＝26％，Z＝65％，冲击功A_KV(-46℃)＝142J。

实施例2：

焊丝的成分同实施例1。与CHF101焊剂配合使用，焊接X80管件钢。试板厚度70mm，采用角度为60°的X型坡口。焊接线能量为35～42KJ/cm。焊后热处理工艺：910℃×1.5h 10％盐水淬火，再进行660℃×4h回火。焊接接头的抗拉强度达到725MPa，焊缝金属的冲击功A_KV(-46℃，1/2厚度位置)＝112J，A_KV(-46℃，1/4厚度位置)＝127J。

实施例3：

本焊丝的制作同实施例1。其化学成分(按照重量百分比计)为：C：0.13，Mn：0.95，Si：0.022，Cr：0.58，Mo：0.34，Ni：1.98，Ti：0.14，B：0.006，S：0.0034，P：0.007，余量为Fe。与CHF102焊剂配合使用。焊接规范同实施例1。焊后热处理工艺：890℃盐水淬火，再进行580℃回火。熔敷金属的力学性能为：R_el＝610MPa，R_m＝720MPa，A＝22％，Z＝58％，冲击功A_KV(-46℃)＝132J。

实施例4：

焊丝的成分同实施例3。与CHF102焊剂配合使用，焊接X80管件钢。试板厚度52mm，采用角度为60°的X型坡口。焊接线能量为28-35KJ/cm。焊后热处理工艺：890℃×1h 10％盐水淬火，再进行580℃×3h回火。焊接接头的抗拉强度达到745MPa，焊缝金属的冲击功A_KV(-46℃，1/2厚度位置)＝122J，A_KV(-46℃，1/4厚度位置)＝129J。

实施例5：

本焊丝的制作同实施例1。其化学成分(按照重量百分比计)为：

C：0.10，Mn：1.09，Si：0.032，Cr：0.49，Mo：0.26，Ni：2.23，Ti：0.11，B：0.009，S：0.0025，P：0.009，余量为Fe。与CHF102焊剂配合使用。焊接规范同实施例1。焊后热处理工艺：920℃盐水淬火，再进行680℃回火。熔敷金属的力学性能为：Rel＝595MPa，Rm＝670MPa，A＝24％，Z＝63％，冲击功A_KV(-46℃)＝148J。

实施例6：

焊丝的成分同实施例5。与CHF102焊剂配合使用，焊接X80管件钢。试板厚度40mm，采用角度为60°的X型坡口。焊接线能量为32～38KJ/cm。焊后热处理工艺：920℃×50min 10％盐水淬火，再进行680℃×2h回火。焊接接头的抗拉强度达到695MPa，焊缝金属的冲击功A_KV(-46℃，1/2厚度位置)＝131J，，A_KV(-46℃，1/4厚度位置)＝142J。

Claims

1.一种X80管件用埋弧焊丝，其特征在于：该焊丝的化学成分按重量百分比为：C：0.10-0.14，Mn：0.90-1.20，Si：≤0.05，Cr：0.40-0.60，Mo：0.25-0.35，Ni：1.95-2.25，Ti：0.10-0.15，B：0.005-0.010，S≤0.005％，P≤0.022％，余量为Fe。