CN103084754A

CN103084754A - 一种管线钢用高强高韧埋弧焊丝

Info

Publication number: CN103084754A
Application number: CN2013100251819A
Authority: CN
Inventors: 曹能; 钱伟方; 刘硕; 张建春; 周金方; 赵中英; 蒋希明
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: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: CN103084754B

Abstract

一种管线钢用高强高韧埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：C0.01-0.06％；Si0.10-0.50％；Mn1.60-2.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti0.01-0.10％；Mo0.30-0.60％；B0.001-0.008％；Al0.01-0.03％；Nb0-0.06％；其余为Fe及不可避免杂质；其中，C+Mn/10控制在0.22-0.24％范围内，Al+Ti+10B控制在0.100-0.115％范围内。本发明的埋弧焊丝与碱性焊剂匹配时能够获得适应X80管线钢焊接接头要求的焊缝，焊缝抗拉强度＞700MPa，焊缝-10℃冲击功＞200J。

Description

一种管线钢用高强高韧埋弧焊丝

技术领域

本发明涉及埋弧焊丝，具体涉及一种管线钢用高强高韧埋弧焊丝，其通过与碱性烧结焊剂的匹配，能够获得适应X80管线钢焊接接头要求的焊缝，焊缝抗拉强度＞700MPa，焊缝-10℃冲击功＞200J。

背景技术

目前，管线钢主要用于制造石油、天然气输送管道用焊管。且，输气管道采用大口径高压输送的方式，这种输送方式对焊管提出了高强、高韧的要求。近年来，高等级管线钢(如X80)开始大范围的应用在管道工程中，而在制管行业内，埋弧焊接方法是最高效的理想焊接方法。因此，要求埋弧焊丝与焊剂匹配焊接的焊缝也具有高强、高韧的特性。

中国专利号CN1068528A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。但是，该焊丝匹配管线钢的等级主要范围仅在X60～X70之间，其焊缝强度达不到X80级别管线钢的要求，无法与X80级别管线钢匹配。

国内管线用埋弧焊丝匹配的管线钢钢级主要在X70及以下，其中包括中国专利CN1068528A、CN1273897、CN1077152、CN1273897A、CN1305879A。匹配X80管线钢的的埋弧焊丝如中国专利CN1376553A和CN101104229A，其中，中国专利CN1376553A主要化学成分为Mn、Si、Mo、Ni、Ti、B、Cu、Zr等元素，其通过多元素综合作用提高焊缝的强度和韧性；中国专利CN101104229A主要化学成分为Mn、Si、Mo、Cr、Ti、B等元素，该专利在中国专利CN1068528A基础上提高Mn含量，同时加入Cr来提高焊缝的强度以适应X80。

中国专利CN1376553A公开的焊丝与焊剂SJ102匹配后得到的焊缝强度在650MPa左右，虽然达到了X80抗拉强度625MPa的下限，但是裕量不足，大规模使用存在一定的风险。中国专利CN101104229A焊丝与BGSJ101-G焊剂匹配能得到焊缝金属抗拉强度大于700MPa，焊缝金属-20℃冲击功大于150J，能够满足X80高钢级管线钢板的焊接接头性能要求，但是焊缝金属的冲击韧性有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种管线钢用高强高韧埋弧焊丝，该埋弧焊丝与碱性焊剂SJ101G或OK10.74匹配时能够获得适应X80管线钢焊接接头要求的焊缝，焊缝抗拉强度＞700MPa，焊缝-10℃冲击功＞200J。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种管线钢用高强高韧埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：C0.01-0.06％；Si0.10-0.50％；Mn1.60-2.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti0.01-0.10％；Mo0.30-0.60％；B0.001-0.008％；Al0.01-0.03％；Nb0-0.06％；其余为Fe及不可避免杂质，其中，C+Mn/10控制在0.22-0.24％范围内，Al+Ti+10B控制在0.100-0.115％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0.01-0.06％，用来提高焊缝的韧性。

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含量控制在较高的水平，主要用来提高焊缝强度，弥补低C造成的强度损失。所以，将Mn含量控制在1.60-2.20％。

Si、Al，加入适量Si、Al可以脱氧，阻止O与B结合，同时Al与N形成的AlN可以细化晶粒，提高焊缝的韧性。所以，将Si含量控制在0.10-0.50％，Al含量控制在0.01-0.03％。

Mo是较强的固溶强化元素，可以提高焊缝强度，另外Mo元素推迟奥氏体的转变温度，抑制先共析铁素体和侧板条铁素体的形成，促进晶内针状铁素体的形成，提高焊缝低温韧性。所以，将Mo含量控制在0.30-0.60％。

B的原子半径很小，会大量偏析到奥氏体晶粒边界，降低晶界能，抑制晶界铁素体和侧板条铁素体的形成，提高焊缝韧性。所以，将B含量控制在0.001-0.008％。

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0.01-0.10％。

Nb，加入少量的Nb可以起到沉淀硬化的作用，进一步提高焊缝的强度。所以，将Nb含量控制在0-0.06％。

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小于0.005％，P小于0.01％。

本发明不仅需要满足高强度的要求，而且还需要获得优良的低温韧性，因此在设计时采用超低C来提高焊缝的韧性。同时，将C+Mn/10的值控制在0.22-0.24％之间，在超低碳情况下，此配比区间的Mn含量相对较高，可以在添加较少的其他合金元素时就能获得较高的焊缝强度，从而实现良好的强度和韧性平衡。

本发明加入适当的Al、Ti和B，使得Al+Ti+10B的值控制在0.100-0.115％之间，在此范围内可以保证通过Ti、Al与O、N的反应：一是形成TiN，提高针状铁素体比例，二是防止B被过度氧化和氮化，利用B原子提高先共析铁素体的形核能，防止边界铁素体和侧板条铁素体的形成，提高韧性，通过上述作用使得焊缝金属在-10℃时冲击功大于200J。另外，通过Mo和Nb的固溶、析出强化保证焊缝强度达到700MPa以上。同时，采用低S、P提高焊接接头的抗H₂S应力腐蚀性能。

本发明的有益效果：

1.本发明埋弧焊丝成分中采用超低C提高焊缝的韧性，并将C+Mn/10控制在0.22-0.24％内，这种设计使C含量超低时，Mn含量较高，以使埋弧焊丝与碱性烧结焊剂匹配对X80管线钢进行焊接时，所得焊缝金属能获得很高的强度和极好的低温冲击韧性，具体为：焊缝抗拉强度＞700Mpa，焊缝冲击韧性＞200J(-10℃)。

2.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，适用于双面单道焊。

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6炉焊丝钢，其焊丝成分如表1，锻造、拉拔成直径4mm的焊丝，与碱性烧结焊剂SJ101G匹配，对X80管线钢进行双面单道埋弧焊接。焊接接头性能如表2所示。

表1 单位：重量百分比

表2焊接接头拉伸及冲击性能

如表2所示，本发明的埋弧焊丝与碱性烧结焊剂SJ101G匹配对X80管线钢进行埋弧焊接，得到的焊接接头的强度和韧性指标都达到了预定目标，具体为：焊缝抗拉强度Rm＞700Mpa，焊缝冲击韧性J＞200J(-10℃)。

可见，本发明的管线钢用高强高韧埋弧焊丝完全满足X80管线钢的性能要求，可应用于X80管线钢的埋弧焊接。

Claims

1.一种管线钢用高强高韧埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：C0.01-0.06％；Si0.10-0.50％；Mn1.60-2.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti0.01-0.10％；Mo0.30-0.60％；B0.001-0.008％；Al0.01-0.03％；Nb0-0.06％；其余为Fe及不可避免杂质；其中，C+Mn/10控制在0.22-0.24％范围内，Al+Ti+10B控制在0.100-0.115％范围内。