CN102357745B - 一种x60等级管线钢焊接用电焊条 - Google Patents
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Abstract
该发明属于一种用于X60等级管线钢焊接用电焊条。焊芯成分为(wt％)：C.0.02-0.10、Mn.0.30-0.55、Si.0.015-0.03、Cr.0.01-.20、Ni.0.01-0.30、S≤0.005、P≤0.010、Fe.98.675-99.47，余量为杂质；药皮以焊芯的重量计、其成分为(wt％)：大理石17.0-21.0、萤石8.0-10.0、长石2.5-3.0wt、石英2.0-2.5、电解锰2.0-3.0％、硅铁1.5-2.5％、钛铁2.5-3.2％、纯碱0.3-0.6、铁粉1.5-2.5、镍粉0.2-0.5，粘结剂为粉料重量的10-20％，按常规方法混合、裹覆于焊芯上、经低高温烘焙即成。该发明具有焊接时电弧稳定、熔渣铺展性好、飞溅少，脱渣容易、焊缝成型光亮，抗拉强度560MPa、屈服强度450MPa、伸长率30％、-20℃冲击功平均值220J、最小单值150J，抗腐蚀性、低温韧性和抗裂性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接加工用电焊条，特别是一种用于X60级管线钢焊接且具有良好的抗腐蚀性和较高的强度和低温韧性的电焊条，该焊条可广泛用于X60级管线钢及与X60级管线钢成分及强度等级相当、对硫磷和低温韧性有较高要求的其他低合金钢的焊接。
背景技术
管线钢主要用于原油、成品油、天然气及水煤浆等物质的输送。随着我国能源结构的调整和物流输送方式的改变，管线钢在我国拥有广阔的应用前景。
复杂的运营环境是油气输送工程的重要特征，这使得油气管线在运营中由于腐蚀造成的危害十分严重；通常生产用于原油、成品油、天然气等物质输送管的X60等级钢卷板的化学成分标准(wt％)为：C：0.06-0.08、Mn：1.35-1.55、Si：0.15-0.30、P≤0.020、S≤0.008、Nb：0.035-0.055、V：0.035-0.055、Ti：0.010-0.025、余量为Fe及不可避免的杂质；此类管线钢具有较低的硫磷含量，较高的低温韧性和良好的抗腐蚀性。因此，要求X60管线钢的焊接接头具有相应的、良好的抗腐蚀性和较高的低温韧性。然而，目前缺少与该钢种配套的低硫、磷及高低温韧性的焊条，在施工中一般使用普通碱性焊条J507进行焊接。J507焊条熔敷金属的化学成分(wt％)为：C：0.082、Mn：1.18、Si：0.530、P：0.021、S：0.015、Mo：0.002、Cr：0.037、Ni：0.014、V：0.010、Fe：98.014，余量为杂质；其力学性能：抗拉强度550Mpa，屈服强度440MPa，伸长率30％，-20℃冲击功(J)140。对比上述两者的化学成分及性能，可以看出：普通碱性焊条(J507)的熔敷金属与X60管线钢合金体系的匹配性差，其中主要合金元素中锰(Mn)、硅(Si)的含量与X60等级钢卷板的含量差别较大；普通碱性低氢焊条(J507)的熔敷金属中硫、磷含量较高，尤其是硫含量，这极大地降低了焊缝的抗腐蚀性和抗裂性。同时，依据理论及大量的试验和部分工程事故的分析，均认为采用普通碱性低氢焊条(J507)对X60管线钢进行焊接、其熔敷金属性能难以满足X60管线钢对焊接的要求、特别是对低温韧性的要求。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种X60等级管线钢焊接用电焊条，以达到在对X60等级钢进行焊接，其焊接熔敷金属在不对焊缝进行焊后热处理的情况下，确保焊缝具有较低硫、磷及碳的含量，较高的低温韧性和良好的抗腐蚀性，以满足石油、天然气输送对X60等级管线钢管及其焊缝各项技术指标的要求等目的。
本发明的解决方案是包括采用低硫、磷的碳钢丝作为焊芯，及裹覆于焊芯表面的药皮，关键在于以重量百分比计，焊芯成分为：C.0.02-0.10wt％、Mn.0.30-0.55wt％、Si.0.015-0.03wt％、Cr.0.01-.20wt％、Ni.0.01-0.30wt％、S≤0.005wt％、P≤0.010wt％、Fe.98.675-99.47wt％，余量为杂质；药皮以焊芯的重量百分比计、其成分为：大理石17.0-21.0wt％、萤石8.0-10.0wt％、长石2.5-3.0wt％、石英2.0-2.5wt％、电解锰2.0-3.0wt％、硅铁1.5-2.5wt％、钛铁2.5-3.2wt％、纯碱0.3-0.6wt％、铁粉1.5-2.5wt％、镍粉0.2-0.5wt％，将各成分的粉料按比例混合均匀后、加入总成分(混合料)重10-20％的粘结剂搅拌混合均匀；然后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上、再经低温及高温烘焙，即成；焊条中药皮的重量为焊芯重量的40-50％。
上述大理石中CaCO3含量≥96％，萤石中CaF2含量≥96％，长石中SiO260-70％、Al2O315-20％、K2O 10-20％，石英中SiO2含量≥96％，硅铁中Si 42-47％，钛铁中Ti 25-35％。而所述加入总成份重10-20％的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃、或钾钠水玻璃，其浓度为4厂～43°。所述低温烘焙的温度为80-120℃；高温烘焙的温度为350-400℃。
本发明药皮原料中各成分的主要作用如下：
大理石：是药皮的主要成份，既作造气剂，又作造渣剂；大理石分解析出气体时，能提供对熔滴的喷力，减少飞溅，分解出的CaO既能稳定电弧，又有良好的脱硫能力，当含量较低时，不易形成短渣，对立向下焊接不利；当含量过高时，则易产生焊接气孔。
萤石：也是本发明中药皮的主要成份，它是造渣剂，起降低熔渣的熔点及黏度的稀渣作用，使熔池反应活泼，改善脱渣性；萤石去除氢气孔的作用非常显著，随着药皮中萤石加入量的增加，焊缝中含氢量就减少；若含量太低、则稀渣能力不足，若含量过高、则焊条电弧稳定性下降。
长石：具有稳弧作用，但当长石用量过大时，焊条端部容易出现局部熔蚀现象，并呈圆珠状向四周飞溅，熔渣黏度显著下降，使焊缝成形变坏，脱渣困难。
石英：用以造渣、调整熔渣黏度；如配比含量太小，熔渣流动性不良，成形变差；配比含量过大，则渣成黑色玻璃状，脱渣困难。
电解锰、硅铁和钛铁：前二者主要是合金剂，兼有脱氧作用，后者则纯粹作为脱氧剂，用以避免Mn和Si被过度氧化、以保证焊缝的机械性能；其中，过量的电解锰会增加MnO的量，使熔渣碱度增大，导致熔渣流动性变差，焊缝成形不良，脱渣困难；而过量的硅铁则会加剧熔池中的化学冶金反应，使爆炸性飞溅增大，熔渣流动性增加，成形变差，且还会导致焊缝金属的硅含量增加；钛铁是主要脱氧剂，脱氧后的产物TiO2有一定的稀渣作用，钛铁还有利于改善焊条的工艺性。
铁粉：在焊条药皮的作用一般容易被忽略，但在本发明焊条中它却起到了不小的作用，因为铁粉能起到净化溶池的作用，同时它又能细化晶粒，提高焊缝冲击韧性，但不宜过多，因为过量的加入铁粉会使其它元素稀释。
镍粉：为合金剂，过渡(渗入)到焊缝的镍(Ni)是提高焊缝金属低温冲击韧性的主要元素，它能降低焊缝金属的脆性转变温度；焊缝金属的低温冲击韧性是随焊缝中含镍量增加而提高的。但镍属于稀有贵重金属，所以在保证焊缝金属冲击韧性达到优良的前提下，应尽量减少其加入量，以降低成本。
纯碱：主要是利用其润滑性，以改善焊条在油压机上的压涂性能；同时，它也有稳弧作用，加入量不宜过多，否则导致药皮容易吸潮。
本发明即通过上述药皮成分的有机组配并与低硫、磷的焊芯配合从而实现了本发明的目的。
因而本发明具有焊接时电弧稳定、熔渣铺展性好、飞溅少，脱渣容易、焊缝成型光亮美观，可全位置焊接。本发明焊条的熔敷金属都具有良好的抗腐蚀性、低温韧性和抗裂性能，其熔敷金属力学性能：抗拉强度(MPa)560、屈服强度(MPa)450、伸长率30％、-20℃冲击功(J)：平均值220、最小单值150；采用本发明焊条对X60等级管线钢管焊接、其焊缝(熔敷金属)各项技术指标均要求完全满足石油、天然气输送对X60等级管线钢输送管的要求等特点。
具体实施方式
本实施方式采用专用低硫磷碳钢丝作为焊芯，其化学成分(wt％)为：C：0.057、Mn：0.459、Si：0.026、P：0.010、S：0.005、Cr：0.047、Ni：0.035、Fe：99.359，余量为杂质。就100kg焊芯所需各药粉重量如下：含CaCO3 97.70％的大理石19.2kg，含CaF2 96.73％的萤石8.8kg，含SiO2 63.61％、Al2O3 17.21％、K2O 14.37％的长石2.6kg，含SiO2 97.20％的石英2.2kg，电解锰2.6kg，含Si 44.25％的硅铁2.2kg，含Ti 27.47％的钛铁3.0kg，纯碱0.4kg，铁粉2.1kg，镍粉0.3kg；将药粉搅拌混合均匀后，加入浓度为43°的钾钠水玻璃4.34kg混合均匀，然后送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经100℃低温烘焙2小时、380℃高温烘焙1小时，即制得本实施例焊条。所得焊条经焊接X60等级钢管的试验结果如下：
试验用X60等级钢卷板的实际化学成分(wt％)为：C：0.069、Mn：1.46、Si：0.22、S：0.005、P：0.016、Nb：0.047、V：0.041、Ti：0.018、其余为Fe及不可避免的不纯物。其力学性能：抗拉强度(Mpa)580、屈服强度(Mpa)455、伸长率35％、屈强比0.78。
实施例熔敷金属化学成分(wt％)为：C：0.075、Mn：1.37、Si：0.27、S：0.004、P：0.016、Ni：0.235、Cr：0.025、Fe：97.175，余量为杂质。
实施例熔敷金属力学性能：抗拉强度(MPa)560、屈服强度(MPa)450、伸长率30％、-20℃冲击功(J)：平均值220、最小单值150。
上述试验结果，其化学成分及力学性能均完全满足西气东输二线工程用X60等级管线钢及其焊接标准的要求。
Claims (4)
1.一种X60等级管线钢焊接用电焊条，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的药皮，其特征在于焊芯成份以重量百分比计为：C：0.02-0.10wt％、Mn：0.30-0.55wt％、Si：0.015-0.03wt％、Cr.0.01-0.20wt％、Ni.0.01-0.30wt％、S≤0.005wt％、P≤0.010wt％、Fe.98.675-99.47wt％，余量为杂质；药皮以焊芯的重量百分比计、其成分为：大理石17.0-21.0wt％、萤石8.0-10.0wt％、长石2.5-3.0wt％、石英2.0-2.5wt％、电解锰2.0-3.0wt％、硅铁1.5-2.5wt％、钛铁2.5-3.2wt％、纯碱0.3-0.6wt％、铁粉1.5-2.5wt％、镍粉0.2-0.5wt％，将各成分的粉料按比例混合均匀后、加入混合料总成分重10-20％的粘结剂搅拌混合均匀；然后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上、再经低温及高温烘焙，即成；焊条中药皮重量为焊芯重量的40-50％。
2.按权利要求1所述X60等级管线钢焊接用电焊条，其特征在于所述大理石中CaCO3含量≥96％，萤石中CaF2含量≥96％，长石中SiO260-70％、Al2O315-20％、K2O 10-20％，石英中SiO2含量≥96％，硅铁中Si 42-47％，钛铁中Ti 25-35％，以上各成分均以重量百分比计。
3.按权利要求1所述X60等级管线钢焊接用电焊条，其特征在于所述加入总成分重10-20％的粘结剂为钠水玻璃或钾水玻璃、或钾钠水玻璃，其浓度为41°～43°。
4.按权利要求1所述X60等级管线钢焊接用电焊条，其特征在于所述低温烘焙的温度为80-120℃；高温烘焙的温度为350-400℃。
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