CN103056555A

CN103056555A - 一种管线用低成本抗h2s埋弧焊丝

Info

Publication number: CN103056555A
Application number: CN2013100245184A
Authority: CN
Inventors: 曹能; 钱伟方; 刘硕; 庄祥弟; 黄卫锋; 郭胜
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: CN103056555B

Abstract

一种管线用低成本抗H₂S埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：C0.03-0.08％；Si0.10-0.30％；Mn0.80-1.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti0-0.20％；Cu0.05-0.30％；Ni0.10-0.30％；其余为Fe及不可避免杂质；其中，C+Mn/10控制在0.15-0.17％范围内，Cu+Ni控制在0.3-0.4％范围内。本发明的埋弧焊丝与碱性焊剂SJ101匹配时，能够获得适应X52～X65管线钢焊接接头要求的焊缝，焊缝屈服强度介于400～500MPa，焊缝抗拉强度＞460MPa，焊缝伸长率≥36％，焊缝冲击韧性＞120J(-20℃)，并具备优良的抗H₂S耐腐蚀性能。

Description

一种管线用低成本抗H2S埋弧焊丝

技术领域

本发明涉及埋弧焊丝，具体涉及一种管线用低成本抗H₂S埋弧焊丝，其通过与碱性焊剂的匹配，可以实现对X52～X65级别抗H₂S管线钢的焊接，具有优良的力学性能和耐腐蚀性能。

背景技术

石油、天然气是社会发展的基础能源物质，而采用管道输送石油、天然气是最经济的方法。经过长期的发展，目前管线钢正逐步向高强高韧、抗H₂S腐蚀、以及深海用管等几个方向延伸。特别是抗H₂S腐蚀焊管一般都有一些比较苛刻的附加要求，如抗氢致开裂性能(HIC)、抗硫化物应力腐蚀性能(SSCC)，同时，对强度和硬度的范围要求比较严格。在制管行业内，埋弧焊接方法是最高效的理想焊接方法，因此，要求采用的埋弧焊丝和焊剂焊接的焊缝也具有同母材匹配的力学性能和耐腐蚀性能。

中国专利CN1068528公开的埋弧焊丝H08MnMoTiB是国内使用最广泛的埋弧焊丝，该焊丝与SJ101焊剂匹配能够获得良好的焊缝冲击韧性以及抗拉强度，在陕京线、陕京二线、西气东输一线等国家重大输气管线中得到了大量的应用，并获得良好的效果。该焊丝匹配管线钢的等级主要范围在X60～X70之间，能够满足目前市场上大部分普通输油输气焊管的性能要求，但是，焊缝的强度以及硬度都比较高，难于满足要求比较特殊的焊管的要求，例如X52和X60抗H₂S腐蚀焊管。

目前，国内大多数管线用埋弧焊丝匹配的管线钢钢级在X70及以下，其中包括中国专利CN1068528、CN1273897、CN1077152、CN1305879、CN1714985等；匹配X80级别管线钢的埋弧焊丝如中国专利CN1376553A、CN101104229和CN102161139；匹配X80以上管线钢的埋弧焊丝如中国专利CN1919524和CN101733584。其中，匹配X80及以上管线钢的埋弧焊丝的特点就是高强高韧设计，但是，这些埋弧焊死与X52～X65级别的管线钢难于做到等强匹配，同时硬度也非常高。在匹配X70及以下的埋弧焊丝中，只有中国专利CN1273897是专门针对抗H₂S腐蚀管线钢设计的埋弧焊丝，该埋弧焊丝的化学成分为C0.01-0.08％；Si0.05-0.5％；Mn1.20-1.80％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti0.03-0.15％；Cu0.20-0.50％；Ni0.03-0.50％；B0.004-0.008％；Mo0.20-0.55％；其余为Fe，其成分设计主要依靠Mn、Mo提高焊缝金属强度，其屈服强度达到520MPa以上，能够满足X70的强度要求。但是其并没有HIC和SSCC试验结果，因此，埋弧焊丝最终的抗H₂S腐蚀效果不得而知。

发明内容

本发明的目的是提供一种管线用低成本抗H₂S埋弧焊丝，该埋弧焊丝与碱性焊剂SJ101匹配时能够获得适应X52～X65管线钢焊接接头要求的焊缝，焊缝金属强度匹配，焊缝金属-20℃冲击功＞120J，并具备优良的耐腐蚀性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种管线用低成本抗H₂S埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：C0.03-0.08％；Si0.10-0.30％；Mn0.80-1.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti0-0.20％；Cu0.05-0.30％；Ni0.10-0.30％；其余为Fe及不可避免杂质；其中，C+Mn/10控制在0.15-0.17％范围内，Cu+Ni控制在0.3-0.4％范围内。

本发明的成分设计中：

C元素含量对焊缝的强度和韧性具有较大的影响。当C含量较低时，焊缝强度较低，铁素体比例增加，韧性较高。当C含量较高时，焊缝强度增加，珠光体比例增加，焊缝韧性下降。将C含量控制在0.03-0.08％，用来提高焊缝的韧性和抗氢裂倾向。

Mn可以起脱氧作用，防止导致热裂纹产生的碳化铁夹杂物形成，促使铁素体晶粒和碳化物细化，从而提高焊缝的强度和韧性。本发明中Mn含量控制在较低的水平，主要用来调节焊缝强度，适应X52～X65级别的强度要求。所以，将Mn含量控制在0.80-1.20％。

加入适量Si可以脱氧，弥补低Mn在脱氧方面的欠缺，提高焊缝的韧性。所以，将Si含量控制在0.10-0.30％。

Ni在焊缝金属中作为强化元素，通过晶粒细化和固溶强化提高焊缝的强度，同时也能降低焊缝金属的韧脆转变温度。而且Ni本身对酸类具有良好的耐腐蚀性，是本发明中一个重要的控制元素，因此，将Ni含量控制在0.10-0.30％。

Cu是一个非常重要的提高耐腐蚀性能元素，但是Cu含量超过1.0％时会大幅度降低焊缝的韧性，Cu含量在0.15-0.85％之间对焊缝金属既能强化又能韧化，还能提高焊接接头的耐腐蚀性，考虑到成本因素，Cu含量控制在0.05-0.30％。

Ti与奥氏体中的N反应生成TiN颗粒，TiN具有很低的溶解度，在焊缝中形成很细的弥散物，可以有效的阻止晶粒长大，同时成为针状铁素体的形核核心，大大提高焊缝的韧性。所以，将Ti含量控制在0-0.20％。

S、P是焊缝中的主要有害元素，将会降低焊缝金属的低温韧性，同时也会降低焊缝的抗H₂S应力腐蚀性能，尽量控制在一个较低的水平，其中，S＜0.005％，P＜0.01％。

本发明设计的核心是保证埋弧焊丝在满足X52～X65管线钢力学性能要求的前提下，最大限度的减少合金含量，并实现抗H₂S腐蚀的目的。因此，采用低C来提高焊缝的韧性，同时将C+Mn/10的值控制在0.15-0.17％之间，在低碳情况下，此配比区间的C、Mn组合能够将焊缝屈服强度控制在500MPa以下，并获得良好的强度和韧性平衡，以及较低的硬度，有利于提高耐腐蚀性；Cu和Ni是主要的耐腐蚀元素，在分别控制Cu、Ni成分范围的基础上，将Cu+Ni控制在0.3-0.4％之间，这既能保证焊缝具有较高的韧性又能获得理想的耐腐蚀效果；Si起脱氧的作用，与Ti结合使用有利于形成TiN，提高焊缝的韧性；S、P控制在一个较低的水平，可以减少偏析，提高抗H₂S应力腐蚀性能。

本发明的有益效果：

1.本发明埋弧焊丝中Mn含量较低，且C+Mn/10的值控制在0.15-0.17％内，保证焊丝与碱性烧结焊剂匹配焊接，能很好地将所得熔敷金属屈服强度控制在400～500MPa，完全符合X52～X65管线钢焊接接头要求，且，焊缝抗拉强度Rm＞460MPa，焊缝冲击韧性J＞120J(-20℃)。

2.本发明埋弧焊丝在分别控制Cu、Ni成分范围的基础上，将Cu+Ni控制在0.3-0.4％之间，保证焊丝与碱性烧结焊剂匹配后，对抗H₂S管线钢焊接的焊缝具有较高的韧性又能获得优良的抗H₂S耐腐蚀性能。

3.本发明埋弧焊丝的合金含量大大降低，焊前不需预热，焊后不用热处理，适用于单道焊和多道焊，生产成本大大减少。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

根据本发明的化学成分范围，冶炼5炉焊丝钢，其焊丝成分见表1，拉拔成直径4mm的焊丝，与碱性烧结焊剂SJ101G匹配，进行熔敷金属焊接。焊缝金属性能如表2所示。

表1焊丝化学成分单位：重量百分比

编号	C	Si	Mn	P	S	Ti	Ni	Cu	Fe
										实施例1	0.078	0.14	0.85	0.008	0.0034	0	0.28	0.06	余量
实施例2	0.069	0.10	0.96	0.004	0.0005	0.02	0.21	0.10	余量
										实施例3	0.055	0.22	1.05	0.005	0.0028	0.04	0.17	0.16	余量
实施例4	0.043	0.25	1.09	0.005	0.0027	0.11	0.13	0.23	余量
										实施例5	0.035	0.29	1.18	0.006	0.0029	0.18	0.11	0.27	余量

表2焊缝金属拉伸及冲击性能

同时，本发明实施例2、3分别对X65和X52抗H₂S管线钢进行焊板对接试验，焊剂为碱性烧结焊剂SJ101G，焊接接头的力学性能试验如表3所示，焊接接头的各项指标均满足规范要求。

表3焊接接头性能

采用A溶液按照GB/T8150要求对焊接接头进行抗HIC试验，没有发现裂纹，满足规范要求，具体结果参见表4。采用A溶液按照GB/T15970对焊接接头抗SSCC试验的结果，没有发现裂纹，满足规范要求，具体结果参见表5。其中，A溶液为常温常压下，含饱和H₂S的氯化钠醋酸溶液(NaCl，CH₃CHCOOH)。

表4HIC试验结果

焊丝编号	试验溶液	实验前PH值	实验后PH值	CSR	CLR	CTR
							实施例2	A溶液	2.7	3.9	0	0	0
实施例3	A溶液	2.7	3.9	0	0	0

表5SSCC试验结果

综上所述，本发明管线用低成本抗H₂S埋弧焊丝完全满足X52～X65级别管线钢的性能要求以及抗H₂S耐腐蚀性能，可应用于X52～X65级别管线钢的埋弧焊接。

Claims

1.一种管线用低成本抗H₂S埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：C0.03-0.08％；Si0.10-0.30％；Mn0.80-1.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti0-0.20％；Cu0.05-0.30％；Ni0.10-0.30％；其余为Fe及不可避免杂质；其中，C+Mn/10控制在0.15-0.17％范围内，Cu+Ni控制在0.3-0.4％范围内。