CN103192198A - 一种超高强度x90/x100钢级热煨弯管用埋弧焊丝及其制造方法 - Google Patents

一种超高强度x90/x100钢级热煨弯管用埋弧焊丝及其制造方法 Download PDF

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本发明公开了一种超高强度X90/X100钢级热煨弯管用埋弧焊丝及其制造方法，焊丝的化学成分重量百分比为（%）：C 0.06-0.12；Si 0.1-0.3；Mn 1.5-2.0；P≤0.012；S≤0.005；Ni 1.0-2.5；Mo 0.3-0.6；Nb 0.03-0.10；Ti 0.07-0.18；其余为Fe和不可避免的杂质。本焊丝与BG-SJ101H1或BG-SJ101H2烧节焊剂匹配。对超高强度X90/X100钢级的热煨弯管用母管进行埋弧焊接，焊接速度为1.2-1.8m/min，焊接好的母管经950-1100℃感应加热，并在热态下进行弯制，然后水淬，再经550-700℃保温2小时后，焊缝强度σb：710-920MPa，焊缝金属-30℃冲击功Akv≥100J，达到了需要调质处理的超高强度油气输送管用X90/X100钢级热煨弯管母管的埋弧焊接和对焊缝调质出理后的性能要求，并符合美国石油学会API5L《管线钢管》规范和管线设计要求。

Description

一种超高强度X90/X100钢级热煨弯管用埋弧焊丝及其制造方法
技术领域：
本发明属于焊丝制造领域，涉及一种弯管用焊丝，尤其是一种超高强X90/100钢级热煨弯管用埋弧焊丝，该弯管母管焊接完成后采用热煨工艺加工成弯管，并通过调质工艺进行热处理。
背景技术：
石油天然气管道是国家经济发展的大动脉，我国石油天然气管道建设迎来了高峰期，长输送管道通过许多地形复杂、气候条件恶劣的地区，因此，建设中需要大量的弯管，大型弯管在管线上的主要作用是根据需要改变管线的方向。并且具有可以缓冲管线所在地域的地层迁移，地震及外界环境温度变化等因素，附加在直管上的拉、压应力和扭矩等载荷的结构力学作用。
目前，热煨弯管普遍采用直缝焊管作为母管，通过对母管快速感应加热后进行弯曲煨制，煨制后进行钢管内外水冷以取得较高的强度，然后采用中高温回火，保证弯管具有较好的强韧匹配。弯管的焊缝和焊接热影响区是弯管的最薄弱环节。由于弯管的生产工艺与普通管线钢管生产工艺明显不同，在煨制过程中，焊缝需要同步加热到奥氏体化温度，在此温度下与管母同步变形，然后又要淬火，最后再回火。这些工艺过程和焊缝的最终性能是由热处理前焊缝成分、组织和性能决定的，因此埋弧焊丝是主要影响因素。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种超高强度X90/X100钢级热煨弯管用埋弧焊丝，这种高强焊丝，适用于X90/100弯管的焊接。在保证焊态强度和韧性的同时，经过热处理处理后仍能保持较好的强韧匹配。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种超高强度X90/X100钢级热煨弯管用埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为：C0.06～0.12；Si0.1-0.3；Mn1.5-2.0；P≤0.012；S≤0.005；Ni1.0-2.5；Mo0.3-0.6；Nb0.03-0.10；Ti0.10-0.18；其余为Fe和不可避免的杂质。
所述热煨弯管用焊丝的制造方法，采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量，采用转炉炼钢，选用S、P含量低的原材料，采用转炉炼钢，采用顶底复合吹炼工艺，经脱氧合金化后，采用炉外精炼工艺，冶炼出成分符合要求的钢水，钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯，连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ5.5mm的盘条；盘条经剥壳、酸洗、拔丝、镀铜制成Φ3.2mm、Φ4.0mm、4.8mm或者其规格的成品焊丝。
所述热煨弯管用焊丝与BG-SJ101H1或BG-SJ101H2烧结焊剂匹配，对超高强度X90/X100钢级的热煨弯管用母管进行埋弧焊接，焊接速度为1.2-1.8m/min，焊接好的母管经950-1100℃感应加热，并在热态下进行弯制，然后水淬，再经550-700℃保温2小时后，焊缝强度σb：710-920MPa，焊缝金属-30℃冲击功Akv≥100J，达到了需要调质处理的超高强度油气输送管用X90/X100钢级热煨弯管母管的埋弧焊接和对焊缝调质处理后的性能要求，并符合美国石油学会API5L《管线钢管》规范和管线设计要求。本发明设计的X90/X100弯管母管用焊丝的化学成分中各元素作用如下：
C：在钢中不可或缺的元素。具有提高淬透性的作用。过高的C元素破坏焊接性，可使二次加热焊缝组织中马奥岛含量增加损害焊缝的冲击韧性。降低C含量，还可以降低P的偏析，提高焊缝抗氢致裂纹的能力，提高焊缝的韧性，考虑到焊接过程中C的烧损和后续焊缝的调质处理，所以C也不宜过低，在0.06％～0.12％。
Mn：过渡系数与C相近。无限固溶与奥体，降低过冷奥氏体转变温度，起到细化晶粒和抑制铁素体形成的作用，提高强度和韧性。对铁素体和奥氏体有均较强的固溶强化作用，保证焊缝热热加工性能和相变后焊缝的强度。减少Mn含量，避免热处理时Mn元素的偏析，造成组织不均匀。致使冲击韧性波动。
Si：固溶于奥氏体，提高相变温度。焊接及热处理时，增加焊缝中块状铁素体含量使焊缝韧性恶化。可以脱氧，有镇静熔池、增加熔池的流动性来消除气孔的作用提高焊接性。
Ni：氧的亲和力较Fe小，焊接时几乎不烧损，固溶于奥氏体，扩大r相区，形成无限固溶体。在α-Fe的最大固溶度约10％。热煨过程中具有细化晶粒和溶解于铁素体中可以提高铁素体的强度，这种元素也影响低温时铁素体位错中心的结构进而提高塑性变形能力。但Ni含量高，焊缝易产生应力腐蚀和增加热裂纹敏感倾向。
Mo：固溶于奥氏体，缩小r相区，形成r相圈。热处理时降低C及碳化物形成元素的扩散能力而抑制碳化物的析出，提高淬透性。热煨时还可降低相变温度和针状铁素体的长大速度细化晶粒。同时减少回火引起的脆性倾向。当含量大于1.2％时会对材料的韧性不利。
Ti：焊接时易烧损，与N和O结合生成TiN和Ti2O3成为结晶核心，煨制时具有较多形核中心而细化针状铁素体组织和提高针状铁素体含量，防止铁素体在奥氏体晶界形核形成粗大的魏氏体组织，还可限制并降低自由N的含量，提高韧性和强度，因此，Ti比普通焊丝含量大幅提高，在0.10-0.18％。
Ti、A1等氧化物和氮化物熔点高，在钢中弥散分布成为第二相质点，阻止奥氏体晶粒的长大，从而提高钢材的强度和韧性。在大热输入焊接条件下，以这些高熔点的第二相质点为核心发生非均质形核，在热影响粗晶区中形成一定数量的针状铁素体组织，从而改善热影响粗晶区的性能。
(1)有益效果
1、本发明焊丝的特点在于，适合于超高强度X90/X100热煨弯管板材的埋弧焊接和焊缝热处理。通过控制Mn元素，防止热处理时晶界偏析；添加较少的Si，抑制块状铁素体的生成；添加较高的Ni提高焊缝强度和低温韧性；添加较高的Mo，增加材料的淬透性和冲击韧性，减少第二类回火脆性倾向；添加Ti、Mo元素抑制先共析铁素体和侧板条铁素体的形成，细化晶粒，并在较大焊接热输入时，抑制热影响区晶粒长大，防止热处理时晶粒粗化，增加材料强韧性。总之，合金成分设计有利焊缝热经处理后具有较高的强度和较好的低温冲击韧性。
2、本焊丝与BG-SJ101H1或BG-SJ101H2焊剂匹配，焊接强度为X90/X100、壁厚为15-40mm热煨弯管板材时，焊接速度为1.2-1.8m/min，焊缝具有较高强度和冲击韧性，并可用于较大热输入的厚板焊接。
3、采用该焊丝焊接的X90/X100超高强度热煨弯管母管经950-1100℃感应加热，并在热态下进行弯制，然后水淬，再经550-700℃保温2小时后，焊缝强度σb：710-920MPa，焊缝金属-30℃冲击功Akv≥100J。
4、国内还没有X90/X100热煨弯管母管埋弧焊焊丝，本发明为X90/X100热煨弯管的新产品开发奠定了基础。并对提高油气管线输送压力，增大输送量具有重要意义。
(2)具体实施方式：
下面对本发明做进一步详细描述：
采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量，采用转炉炼钢，选用S、P含量低的原材料，采用转炉炼钢，采用顶底复合吹炼工艺，将冶炼终点的C、S、P控制在较低的水平，经脱氧合金化后，采用LF炉等炉外精炼工艺，冶炼出成分符合要求的钢水，钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯，连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ5.5mm的盘条。
盘条经剥壳-酸洗-拔丝-镀铜制成Φ3.2mm、Φ4.0mm、Φ4.8mm或者其规格的成品焊丝。
弯管用焊丝运用实例
1、焊丝实例1
a.X90热煨弯管用焊丝成分(重量百分比％)C：0.07；Si：0.1；Mn：1.6；Mo：0.3；S：0.003；P：0.012；Ni：1.0；Ti：0.10；Nb：0.03；其余为Fe和不可避免的杂质。
b.本焊丝与BG-SJ101H1匹配，对X90钢级
Figure BDA00003112594300051
管材进行埋弧焊接，焊接速度为1.8m/min，焊接好的母管感应加热到1010℃，并在热态下进行弯制，然后水淬，再经560℃回火2小时。焊缝力学性能σb：730～780MPa，焊缝金属-30℃冲击功Akv平均值139J。
2、焊丝实例2
a.X100钢级热煨弯管用焊丝成分C：0.12；Si：0.30；Mn：2.0；Mo：0.6；S：0.002；P：0.008；Ni：2.5；Ti：0.18；其余为Fe和不可避免的杂质。
b.本焊丝与BG-SJ101H2匹配，对X100钢级
Figure BDA00003112594300052
管材进行埋弧焊接，焊接速度为1.3m/min，焊接好的母管感应加热到1050℃，并在热态下进行弯制，然后水淬，再经650℃回火2小时。焊缝力学性能σb：805～860MPa，焊缝金属-30℃冲击功Akv平均值111J。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种超高强度X90/X100钢级热煨弯管用埋弧焊丝，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C0.06～0.12；Si0.1-0.3；Mn1.5-2.0；P≤0.012；S≤0.005；Ni1.0-2.5；Mo0.3-0.6；Nb0.03-0.10；Ti0.10-0.18；其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述热煨弯管用焊丝的制造方法，其特征在于：采用脱硫铁水，控制入炉铁水硫含量，采用转炉炼钢，选用S、P含量低的原材料，采用转炉炼钢，采用顶底复合吹炼工艺，经脱氧合金化后，采用炉外精炼工艺，冶炼出成分符合要求的钢水，钢水经品种铸机全保护浇铸成连铸坯，连铸坯经高速无扭轧机轧制成Φ5.5mm的盘条；盘条经剥壳、酸洗、拔丝、镀铜制成Φ3.2mm、Φ4.0mm、Φ4.8mm或者其规格的成品焊丝。
3.如权利要求1所述热煨弯管用焊丝，其特征在于：所述热煨弯管用焊丝与BG-SJ101H1或BG-SJ101H2匹配烧结焊剂匹配，对X90/X100超高强度热煨弯管母管进行多丝埋弧焊接，焊接速度为1.2-1.8m/min。
4.如权利要求1所述热煨弯管用焊丝，其特征在于：采用该焊丝焊接的X90/X100超高强度热煨弯管母管经950-1100℃感应加热，并在热态下进行弯制，然后水淬，再经550-700℃保温2小时后，焊缝强度σb：710-920MPa，焊缝金属-30℃冲击功Akv≥100J。
5.如权利要求1所述热煨弯管用焊丝，其特征在于：所述热煨弯管用焊丝用于超高强度X90/X100热煨弯管母管的埋弧焊接，并适合于所焊接的母管及焊缝的加热变形和调质处理。
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