CN103008912B - X100管线钢手工焊的电焊条及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X100管线钢手工焊的电焊条，属于焊接领域，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，所述焊芯包括以下成分：C0.020-0.100；Mn0.350-0.550；Si0.015-0.030；P0.005-0.010；S0.002-0.005；Cr0.01-0.20；Ni0.01-0.30；Cu0.01-0.20；余量为Fe及微量杂质。与现有的相比，本发明保护的X100管线钢手工焊的电焊条能满足焊后焊缝具有与X100管线钢本体相近的高强度、高韧性、较好的抗腐蚀性及较低的硬度等优良性能。

Description

X100管线钢手工焊的电焊条及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种焊条，特别涉及一种X100管线钢手工焊的电焊条及其生产方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对能源的需求也越来越大，而天然气作为一种高效清洁的能源正日益受到人们的格外重视。由于天然气田一般位于远离消费市场的荒漠地区，如何安全、经济的将天然气输送到消费市场一直是天然气产业发展的关键问题之一。

目前，天然气输送中要求最高的就是对天然气管道性能的要求。现代天然气管道总的发展趋势主要为两点：一是进一步提高输送压力,发达国家近年来新建天然气输送干线的工作压力达15MPa；二是与提高压力相匹配，采用高强度级钢管。工业发达国家把X80列为21世纪初天然气管道的主选钢级，德国、日本、加拿大已研制成功X100管线钢。此外，由ECSC、CSM和欧洲钢管共同进行的联合研究项目，开展了管径达到1420mm输送压力为15MPa的X100钢管的断裂行为的研究，采用实验室试验和全尺寸爆破试验，对其可行性进行了论证。国内外专家预测，在今后的10年内，X100强度级管线钢将会占据大型天然气管线用钢市场。

我国未来的管道建设中将大力实施X100管线钢工程。目前，国内外生产级别小于X100管线钢焊条很多，如英国FILAPK公司的E8018－G焊条、日本神钢的KOBAE6010、E7010焊条、西安交通大学研制的E8016－G焊条，而适合X100管线钢焊接用的焊条微乎其微。在高强度焊管制造过程中，其最难解决的是焊缝金属及热影响区的强度及韧性的降低问题，且强度级别越高韧性降低越明显。如何控制焊缝金属及热影响区的性能是高强度焊管开发急需解决的关键问题。

发明内容

针对上述不足之处，本发明的目的之一就在于提供一种X100管线钢手工焊的电焊条，该X100管线钢手工焊的电焊条能满足焊后焊缝具有与X100管线钢本体相近的高强度、高韧性、较好的抗腐蚀性及较低的硬度等优良性能。

本发明的技术方案是：一种X100管线钢手工焊的电焊条，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，所述焊芯包括以下成分：C0.020-0.100；Mn0.350-0.550；Si0.015-0.030；P0.005-0.010；S0.002-0.005；Cr0.01-0.20；Ni0.01-0.30；Cu0.01-0.20；余量为Fe及微量杂质。

作为优选，所述药皮成分重量百分比为：

硅微粉3-8；

萤石粉20-30；

大理石粉25-35；

电解锰3-8；

喷雾硅铁3-6；

雾化铁粉15-30；

镍粉4-7；

钼铁粉1-2；

锆英砂2-4；

钛铁粉4-8；

作为优选，所述硅微粉3kg；

所述萤石粉22kg；

所述大理石粉28kg；

所述电解锰5.8kg；

所述喷雾硅铁5kg；

所述雾化铁粉20kg；

所述镍粉5kg；

所述钼铁粉1.2kg；

所述锆英砂3kg；

所述钛铁粉6kg；

本发明的目的之二在于提供一种制造上述X100管线钢手工焊的电焊条的生产方法。

技术方案是：一种制造上述X100管线钢手工焊的电焊条的生产方法，其特征在于所采用的步骤为：将所述药皮粉料拌混合均匀后，加入药皮粉料重量16-20%的粘结剂混合均匀，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经60-150℃低温烘焙、350-380℃高温烘焙。

作为优选，所述粘结剂为浓度42.5°的钾钠水玻璃。

本发明的发明原理：

通过对各种原辅材料合理配备，对熔渣的凝固点、表面张力、粘度等方面的调整，设计了一种操作性能好的高碱度渣系。通过对钾、钠等物质含量的调整，改善了焊剂的电弧稳定性。通过对熔敷金属的微合金化，使熔敷金属晶粒细化，提高焊缝金属的塑韧性。为了提高熔敷金属的抗裂性能，通过对原材料的处理，降低焊缝金属晶界边缘低熔点物质的凝聚；通过加入稀土等特殊物质，改变熔敷金属中有害杂质在晶界边缘的形态；通过对某些原辅材料的特殊处理，大大降低了焊剂的结晶水含量，加入多种碳酸盐、氟化物等提高脱氢能力来降低熔敷金属扩散氢的含量。本发明技术方案所采用焊芯化学成分及药皮组份的依据是使焊缝熔敷金属中重要元素化学成分控制在理想范围内，即：

1.Mn与Ni的匹配

Mn能扩大奥氏体相区，推迟γ-α的转变，使焊缝组织的转变温度向针状铁素体形成温度接近，从而在提高焊缝金属强度的同时改善韧性，同时Mn还是良好的脱氧、脱硫剂，因此焊缝中含有一定量的Mn是有益的。Ni除了能促进针状铁素体形成外，还有利于减少冲击值的波动，降低焊缝金属的低温脆性转变温度，因此必须保证焊缝中含有一定量的Ni。研究表明，保持熔敷金属适宜强度和优良韧性的关键之一是控制Mn与Ni的配比，随着Ni含量的增高，必须降低Mn含量，否则会使焊缝强度过高而降低焊缝塑性和韧性，研究表明Mn/Ni比在0.8～1.2范围内是比较合适的。

2.Mo一方面可以有效提高焊缝金属的拉伸强度，另一方面可促进焊缝获得理想的针状铁素体显微组织，对提高韧性有利；同时Mo是强碳化物形成元素，具有明显地沉淀强化作用，过高会提高焊缝金属的硬度。小于0.20%则无法保证X100钢的焊缝金属的拉伸强度和高韧性。因此在满足强度的前提下，含量控制在0.20-0.40%比较适宜。

3.Ti是强碳化物形成元素，易形成稳定的TiC，Ti是显著强化铁素体元素。因此，Ti的加入即可细化晶粒提高焊缝韧性，又因其固溶于铁素体的脆化作用，抵消细化晶粒对焊缝韧性的有利影响，经反复调试，确定了合适的Ti含量，保证焊缝金属韧性有较大的提高。

4.在焊条药皮中加入了微量稀土元素，一方面使铁素体得到了细化，另一方面由于稀土元素具有脱硫、改变硫化物形态、净化焊缝的作用，提高低温冲击韧性。通过对稀土元素及其加入量的调整，明显提高了焊缝金属的低温冲击性能，取得了良好的效果。

5.硫(S)、磷(P)都是有害元素，当焊缝金属中S、P含量越高，焊缝的夏比冲击值越低；同时S、P是焊缝引起热裂纹的主要原因之一。我们对使用钢材及其原辅料进行了精选，对材料的S、P杂质含量进行了严格的控制，全部采用了高纯净度的材料，将焊缝金属硫(S)含量控制在不大于0.006%，同时磷(P)含量控制在不大于0.015%。

6.铁粉能净化溶池，同时它又能细化晶粒，提高焊缝冲击韧性，但过多会使其它元素稀释。铁粉（Fe）药皮中加入量控制在15-30%。

本发明的有益效果在于：本发明保护的焊条焊接X100管线钢，焊缝金属化学成分和X100管线钢合理的匹配，通过使用合适的焊接工艺，在不进行焊后热处理的情况下使焊缝金属的组织达到最佳，具有合理的拉伸强度、冲击值、弯曲性能、抗裂性能、硬度等机械性能指标，并且焊缝内部气孔、夹渣和裂纹，以及外观边缘过度和咬边等满足标准要求。本发明保护的焊条中各成份合理匹配对改善焊接组织和焊缝的机械性能起到了良好作用，本焊条焊接X100管线钢，焊缝金属具有高强度、高韧性、抗H2S腐蚀性及较低的硬度等优点，与X100管线钢基材达到良好的匹配。采用本焊条的焊缝金属不需进行热处理，克服了低合金高强钢焊接后焊缝需进行热处理且质量差、使用中易发生工程事故等缺陷。本发明保护的焊条，以适应石油、天然气输送管道的高速发展。该焊条焊接和补焊X100等级钢，其焊接熔敷金属不需进行焊后热处理，能够保证）焊缝金属的各项性能满足石油、天然气输送对焊接钢管的高强度、高韧性、抗H₂S腐蚀性和低硬度等技术指标要求。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

取直径Ф4.0mm的焊芯，其化学成分为（%）：C0.060、Mn0.440、Si0.020、P0.007、S0.003、Cr0.010、Ni0.020、Cu0.010、余量为Fe及微量杂质。

取药皮粉料，药皮粉料成分为：硅微粉3kg，萤石粉22kg，大理石粉28kg，电解锰5.8kg，喷雾硅铁5kg，雾化铁粉20kg,镍粉5kg钼铁粉1.2kg,锆英砂3kg，钛铁粉6kg混合均匀后，加入16kg浓度42.5°的钾钠水玻璃搅拌均匀，然后送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经60-130℃低温烘焙2h、380℃高温烘焙1h，即制得长400mm、外径Ф6.4mm的焊条250kg。

所得焊条经焊接Φ1219×26.4mmX100等级钢管试验：

试验用Φ1219×26.4mmX100等级钢卷板的实际化学成分（%）：C0.064、Mn1.69、Si0.10、P0.008、S0.001、Nb0.042、Cr0.024、Ni0.29、V0.014、Cu0.10、Mo0.27余量为Fe及微量杂质；管体的力学性能：抗拉强度（MPa）830、屈服强度（MPa）700、伸长率28、屈强比0.84。

焊缝熔敷金属的化学成分（%）：C0.063、Mn1.68、Si0.32、P0.007、S0.005Mo0.29、Cu0.073、Ni2.19、Cr0.030、Nb0.038、V0.011、余量为Fe及微量杂质。

焊缝熔敷金属的力学性能：抗拉强度（MPa）790、屈服强度（MPa）700、伸长率20%、-20℃冲击功（J）：平均值135、最小值121；

焊接成型后的管体的冲击试验（-20℃冲击功）：管道本体平均220J、最小208J；焊缝：平均134J、最小123J；热影响区：平均130J、最小120J；

显微硬度（HV10）：管体平均265；焊缝平均262；热影响区平均266。

上述试验所得各项参数，无论其化学成分及力学性均完全满足X100等级钢管线及其焊接标准的要求。

Claims (4)

1.一种X100管线钢手工焊的电焊条，由焊芯和裹覆于焊芯表面的药皮组成，其特征在于所述焊芯包括以下成分：

C0.020-0.100；

Mn0.350-0.550；

Si0.015-0.030；

P0.005-0.010；

S0.002-0.005；

Cr0.01-0.20；

Ni0.01-0.30；

Cu0.01-0.20；

余量为Fe及微量杂质；

所述药皮成分重量百分比为：

硅微粉3-8；

萤石粉20-30；

大理石粉25-35；

电解锰3-8；

喷雾硅铁3-6；

雾化铁粉15-30；

镍粉4-7；

钼铁粉1-2；

锆英砂2-4；

钛铁粉4-8。

2.根据权利要求1所述的X100管线钢手工焊的电焊条，其特征在于：

所述硅微粉3Kg；

所述萤石粉22Kg；

所述大理石粉28Kg；

所述电解锰5.8Kg；

所述喷雾硅铁5Kg；

所述雾化铁粉20Kg；

所述镍粉5Kg；

所述钼铁粉1.2Kg；

所述锆英砂3Kg；

所述钛铁粉6Kg。

3.一种制造上述权利要求1或2所述的X100管线钢手工焊的电焊条的生产方法，其特征在于所采用的步骤为：将所述药皮粉料拌混合均匀后，加入药皮粉料重量16-20％的粘结剂混合均匀，然后送入压条机内将其包于所述焊芯上，再经60-150℃低温烘焙、350-380℃高温烘焙。

4.根据权利要求3所述的X100管线钢手工焊的电焊条的生产方法，其特征在于：所述粘结剂为浓度42.5°的钾钠水玻璃。