CN103447712A - 一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，以重量百分比计其化学成分组成为：C≤0.06%，Si 0.01～0.30%，Mn 1.5～2.0%，P≤0.006%，S≤0.004%，Mo 0.30～0.60%，Ni 0.20～1.50%，V 0.05～0.20%，REM 0.005～0.20%，余量为Fe及不可避免杂质。本发明焊缝金属采用焊丝和碱度1.8～2.2的焊剂埋弧焊接方法获得，焊缝金属抗拉强度≥650，断后延伸率≥20%，-60℃冲击功≥200J；且焊接热裂纹敏感性小，不用预热和焊后热处理，可在高电流、大焊接速度下获得高质量焊缝，属于X70和X80级别低温管线钢管的加工制造领域。

Description

一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属

技术领域

本发明涉及一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，特别涉及一种高韧性低温管线的埋弧焊接接头的焊缝金属。

背景技术

X70和X80级别管线钢已经成为输油气管道建设的主要用钢品种。高强度钢种的使用减薄了壁厚、增加了输送压力，也提高了效率，经济效益显著。但是管道的低温冲击韧性指标直接关系到管道的安全，不同地区对管道低温冲击韧性要求不同，比如，我国境内的管道对于低温冲击韧性的设计标准通常不低于-20℃；而在俄罗斯远东、加拿大北部等严寒地区建设的管道则会要求-60℃的低温冲击韧性。

目前针对普通级别X70和X80管线钢管制造所需的焊丝通常采用Mo-Ti-B合金设计，焊接接头的焊缝以细小的针状铁素体为主，该类焊缝金属能够确保-40℃时的冲击韧性。而能够满足-60℃冲击功要求的低温X70和X80管线钢管制造所需的焊丝会在常规Mo+Ti+B合金系基础上，增加Ni或Mo含量，或者增加B含量，其主导思想是进一步细化针状铁素体颗粒尺寸，达到增加低温冲击韧性的目的。但存在以下问题：随着合金含量的提高，焊缝中贝氏体和马氏体的含量也会提高，抵消了一部分由于针状铁素体晶粒尺寸细化而带来的韧性提高；此外，由于B元素易于偏析和对于冷速敏感性较高的特性，使得焊缝金属的组织和性能的一致性变差，容易导致焊缝金属随焊接工艺的变化而出现焊缝区域组织和低温韧性波动幅度加大，增加了制管难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，该焊缝金属在较大焊接工艺参数范围内，能够得到无缺陷的焊接接头，且焊缝金属的抗拉强度≥650MPa，延伸率≥20%，-60℃冲击功≥200J，-80℃冲击功≥100J，可用于极寒地区输油管道的加工制造。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，其以重量百分比计化学成分组成如下：C≤0.06%，Si0.01～0.30%，Mn1.5～2.0%，P≤0.006%，S≤0.004%，Mo0.30～0.60%，Ni0.50～1.50%，V0.05～0.20%，REM0.005～0.20%，余量为Fe及不可避免杂质。

优选地，C0.03～0.06%，REM0.08～0.20%。

所述的所述焊缝金属抗拉强度≥650MPa，断后延伸率≥20%，-60℃冲击功≥200J。

所述焊缝金属采用碱度1.8～2.2的焊剂搭配焊丝利用埋弧焊接方法获得。

制备所述的焊缝金属所用的焊接热输入量15～80kJ/cm之间。

本发明中各元素的作用和含量限定的理由详述如下：

C：高的C含量对铁基材料的低温冲击韧性和焊接性能不利，本发明C含量控制为≤0.06%，优选C0.03～0.06%。

Si：是焊缝金属中不可或缺的脱氧元素，因此其含量应该≥0.01%；另一方面也增加了焊缝金属的热裂纹倾向、并对焊缝金属的低温冲击韧性造成不利影响，因此控制其含量≤0.30%。因此，本发明Si含量在0.01～0.30%之间。

Mn：是焊缝金属中的主要脱氧元素之一，同时也能提高钢板和焊缝金属强度最有效的元素之一，因此其含量应该≥1.50%；但同时超过2.0%的Mn含量会显著降低焊缝金属低温冲击韧性。因此，本发明Mn含量控制为1.5～2.0%。

Mo：是能够同时提高焊缝金属强度和低温冲击韧性的主要元素中的主要元素之一；同时能有效促进针状铁素体形成。因此，本发明Mo含量为0.30～0.60%。

Ni：是有效提高焊缝金属低温韧性的主要元素之一；此外也能通过固溶强化机理来提高焊缝金属的强度。因此，本发明Ni含量为0.5～1.5%。

V：通过V(C，N)析出来提高焊缝金属的强度，同时对焊缝金属的低温韧性没有损伤；当其含量低于0.05%时，强化效果不明显；当其含量超过0.20%时，其强化作用不再明显，同时对低温冲击韧性不利。因此，本发明V含量为0.05～0.20%。

REM：是本发明中的关键元素之一；一方面可以脱氧来降低焊缝金属中的氧含量，从而提高焊缝金属低温冲击韧性；另一方面可净化晶界、并改善P和S在晶界的偏析，从而提高焊缝金属抗裂性能。因此，本发明REM含量为0.005～0.20%，优选REM0.08～0.20%。

P：本发明中作为杂质元素，其含量控制为≤0.006%。

S：作为杂质元素，其含量控制为≤0.004%。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：

1、提供了一种高韧性低温管线的焊接接头焊缝金属，为低温管线用钢管的制造加工提供了解决方案；

2、焊缝金属的低温冲击韧性优良且稳定，其-60℃冲击功≥200J，-80℃冲击功≥100J，可用于极寒地区输油管道的加工制造；

3、焊缝金属抗裂性能好，不用预热可实现在高电流、大焊接速度下获得高质量焊缝。

具体实施方式

以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：焊接试板采用12.8mm厚低温钢板X70，选用Φ4mm焊丝；焊接热输入量26kJ/cm，坡口为双V，正反面各一道次，埋弧焊剂碱度2.6，采用双丝埋弧焊接方法。焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。

焊接接头焊缝金属包含C0.04%，Si0.18%，Mn1.75%，P0.005%，S≤0.003%，Mo0.35%，Ni0.65%，V0.12%，REM0.18%。焊缝的抗拉强度为654MPa，延伸率为22%，断面收缩率为72%。焊缝的-60℃冲击功分别为223，242和236J，平均值为234J；焊缝的-80℃冲击功分别为102，124和118J，平均值为115J。

实施例2：焊接试板采用17.2mm厚低温钢板X80，选用Φ4mm焊丝；焊接热输入量24kJ/cm，坡口为双V，正反面各一道次，埋弧焊剂碱度2.3，进行三丝埋弧焊接方法。焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。

焊接接头焊缝金属的C0.03%，Si≤0.22%，Mn1.83%，P0.004%，S≤0.003%，Mo0.55%，Ni0.85%，V0.16%，REM0.08%。焊缝的抗拉强度为662MPa，延伸率为21%，断面收缩率为75%。焊缝的-60℃冲击功分别为218，252和224J，平均值为231J；焊缝的-80℃冲击功分别为112，128和124J，平均值为121J。

实施例3：焊接试板采用17.2mm厚低温钢板X80，选用Φ4mm焊丝；焊接热输入量22kJ/cm，坡口为双V，正反面各一道次，埋弧焊剂碱度1.8，进行四丝埋弧焊接方法。焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。

焊接接头焊缝金属的C0.05%，Si0.12%，Mn1.90%，P0.005%，S≤0.003%，Mo0.45%，Ni1.2%，V0.08%，REM0.12%。焊缝的抗拉强度为668MPa，延伸率为21%，断面收缩率为73%。焊缝的-60℃冲击功分别为231，232和239J，平均值为234J；焊缝的-80℃冲击功分别为162，122和123J，平均值为136J。

通过上述实施例可知，采用本发明技术可得到无缺陷的低温管线的埋弧焊接接头，且焊缝金属的抗拉强度≥650MPa，断后延伸率≥20%，-60℃冲击吸收功≥200J，-80℃冲击吸收功≥100J，解决了极寒地区输油管道焊接加工的埋弧制管难题。

Claims (6)

1.一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，其特征在于，以重量百分比计的化学成分组成如下：C≤0.06%，Si0.01～0.30%，Mn1.5～2.0%，P≤0.006%，S≤0.004%，Mo0.30～0.60%，Ni0.50～1.50%，V0.05～0.20%，REM0.005～0.20%，余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，其特征在于，C0.03-0.06%。

3.根据权利要求1或2所述的一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，其特征在于，REM0.08～0.20%。

4.根据权利要求1～3任一所述的一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，其特征在于:所述焊缝金属抗拉强度≥650MPa，断后延伸率≥20%，-60℃冲击功≥200J。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，其特征在于：所述焊缝金属采用碱度1.8～2.2的焊剂搭配焊丝利用埋弧焊接方法获得。

6.根据权利要求1～5任一所述的一种高韧性低温管线焊接接头的焊缝金属，其特征在于:制备所述的焊缝金属所用的焊接热输入量15～80kJ/cm之间。