CN104107988B

CN104107988B - 深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝

Info

Publication number: CN104107988B
Application number: CN201310140100.XA
Authority: CN
Inventors: 樊兴龙; 刘世泽; 鲁科明; 董春明
Original assignee: HUBEI HOUWANG WELDING MATERIAL CO Ltd
Current assignee: HUBEI HOUWANG WELDING MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN104107988A

Abstract

一种深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝，由下列成分按质量百分比制成：C0.04-0.09%，Si0.1-0.3%，Mn1.6-1.8%，Mo0.3-0.5%,Ni0.15-0.5%，Ti0.04-0.12%，B0.004-0.01%，P＜0.012%，S＜0.003%，余量为铁。本发明具有成分合理，性能可靠的优点，该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝属Mn-Mo-Ti-Ni-B的合金体系，具有多元合金的特性，它能调整焊缝金属的成分，提高焊缝的力学性能。将该焊丝应用于厚壁深海管道焊接时，其焊缝低温冲击韧性、低温CTOD性能良好，在-20℃下，焊缝和融合线的夏比冲击吸收功不仅满足需求，且有较大富余量。本发明改善了现有深海管道堆焊焊接材料的不足，具有很好的经济效益和社会效益。

Description

深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝

技术领域

本发明涉及一种金属焊接材料，尤其是涉及一种深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝。

背景技术

我国拥有广阔的海洋面积，所蕴含的海洋油气资源非常丰富。如南海的石油和天然气储量，相当于我国油气总资源的三分之一，对海洋油田的开发是非常重要的。海洋油田普遍使用海底输送管线来输送油气等资源。海底管道的工作环境很恶劣，它不仅承受较大的内压，还要经受海水的外压以及风、浪、流、冰和地震等环境荷载造成管道平移和振动作用。因此要求海底管道具有抗大变形的能力、要求钢管强度高、壁厚、直径小和优异的断裂韧性，满足裂纹尖端张开位移CTOD、落锤撕裂试验DWTT和夏比冲击试验CVN等性能指标的要求。

管线钢管的韧性是管线钢管的最重要的性能之一，它是管线钢管安全性的保证。但是采用现有埋弧焊焊接材料对材质为SMY450F/X65的深海管道进行焊接时，经常发生焊缝中心和融合线的夏比冲击吸收功偏低，甚至达不到标准要求的现象，而且焊缝的低温冲击韧性也很差，甚至在焊接接头的横向拉伸试验时发生焊缝断裂的现象，无法满足质量要求。为此，开发出一种深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种深海管道用埋弧焊焊丝，以改善使用现有埋弧焊接材料对深海管道进行焊接时存在的焊缝中心和融合线夏比冲击吸收功偏低、焊缝低温冲击韧性差、焊接接头横向拉伸时焊缝断裂等技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝，由下列成分按质量百分比制成：

C0.04-0.09%，Si0.1-0.3%，Mn1.6-1.8%，Mo0.3-0.5%,Ni0.15-0.5%，Ti0.04-0.12%，B0.004-0.01%，P＜0.012%，S＜0.003%，余量为铁。

在本发明化学成分中，C元素的含量对焊缝的强韧塑性及其组织均有较大的影响。当C含量较低时，焊缝强度较低，焊缝金属中铁素体比例较高；当C含量较高时，焊缝韧性和塑性下降，焊缝中珠光体比例增加，影响焊缝中针状铁素体含量。

一定含量的Si在焊接时可以使焊缝金属镇静，加快熔池金属的脱氧过程，保证焊缝的致密性，同时也提高了焊缝的强度。但过量的Si含量，容易形成硅酸盐夹杂，还易出现硅裂。

Mn是焊缝强韧化的有效元素。Mn可以细化晶粒，提高焊缝的低温冲击韧性，并有脱氧脱硫作用。同时Mn的加入可以改善因降碳而引起的强度下降。

焊缝中含有一定量的Mo元素有利于提高焊缝中针状铁素体的含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用提高焊缝的强韧性。Mo还是强化晶界的元素，有助于提高焊缝抗热蠕变强度。

Ni有助于提高焊缝金属的韧性，降低韧脆转变温度。此外，Ni还能有效的阻止Cu的热脆性引起的网裂，并有显著提高钢和焊缝的耐腐蚀的性能。但过高的Ni含量，在大线能量焊接时，与焊缝中的B形成低熔共晶，从而大大降低焊缝的冲击韧性。

Ti是一种在焊接峰体下能通过TiO和TiN而控制晶粒长大的有效元素。，且TiO和TiN均能促使焊缝中的针状铁素体形成，从而使焊缝的韧性提高，但若Ti过量，形成大量的TiC和TiN质点，将使韧性降低。

在焊缝中加入微量的B可以强化晶界，并且能和一定比例的Ti相互作用起到很强的细化晶粒的作用，从而提高焊缝的低温韧性。微量的B在超低碳的情况下，可获得B贝氏体组织，提高焊缝的强度。但B过量，将产生热脆现象，使韧性降低。

S、P是焊缝中的主要有害元素，他们显著的降低焊缝金属的低温冲击韧性和塑性。为了消除S对焊缝的热脆和P对焊缝冷脆作用，焊丝钢冶炼时应尽量降低S、P的含量，焊缝中S的含量应低于0.003%，P的含量应低于0.012%。

本发明具有成分合理，性能可靠的优点，该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝属Mn-Mo-Ti-Ni-B的合金体系，具有多元合金的特性，它能调整焊缝金属的成分，提高焊缝的力学性能。将该焊丝应用于厚壁深海管道焊接时，其焊缝低温冲击韧性、低温CTOD性能良好，在-20℃下，焊缝和融合线的夏比冲击吸收功不仅满足需求，且有较大富余量。本发明改善了现有深海管道堆焊焊接材料的不足，具有很好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：在电炉中冶炼该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝：C0.04%，Si0.1%，Mn1.6%，Mo0.3%,Ni0.15%，Ti0.04%，B0.004%，P＜0.012%，S＜0.003%，余量为铁。焊丝经放线、剥壳、除锈、清洗、涂硼、烘干、拉拔、收线工序制得成品。

实施例2：在电炉中冶炼该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝：C0.06%，Si0.2%，Mn1.7%，Mo0.4%,Ni0.33%，Ti0.08%，B0.007%，P＜0.012%，S＜0.003%，余量为铁。焊丝经放线、剥壳、除锈、清洗、涂硼、烘干、拉拔、收线工序制得成品。

实施例3：在电炉中冶炼该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝：C0.09%，Si0.3%，Mn1.8%，Mo0.3-0.5%,Ni0.5%，Ti0.12%，B0.01%，P＜0.012%，S＜0.003%，余量为铁。焊丝经放线、剥壳、除锈、清洗、涂硼、烘干、拉拔、收线工序制得成品。

为了验证本发明的效果，分别对实施例1-3所制得的深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝进行实验。

1.熔敷金属焊接实验：选用各实施例制得的埋弧焊丝按GB/T12470-2003进行熔敷金属焊接实验，实验母材（包括垫板）为X65，壁厚20mm，垫板厚12mm。焊剂为宝鸡宇生焊材公司生产的SJ102G，对焊丝进行熔敷金属焊接实验，焊接方法为单丝埋弧焊，共7层，20道。实验结果如表1、表2所示。

表1焊缝的化学成分和焊丝化学成分实测wt%

表2焊缝圆棒拉伸性能和冲击吸收功

2.深海管道四丝内外埋弧焊实验：分别将实施例1-3制得的埋弧焊丝应用于现有X65深海管道（南京钢铁股份有限公司生产）焊接，钢管规格为φ558.8×27mm。先对管道进行预焊，预焊焊丝为CHW-60C（四川大西洋焊接材料股份有限公司生产），保护气体为二氧化碳，然后采用本发明的焊丝进行双面埋弧焊，实验结果如表3所示。

表3实施例1-3四丝内外埋弧焊对比

3.静水压爆破实验：为验证实施例2的埋弧焊丝与SJ102G焊丝匹配焊接X65钢制成的焊管的力学性能，取φ558.8×25.4mm的钢管进行静水压爆破实验，爆破实测压力值为54.3Mpa，大于按理论屈服强度计算的爆破压力值48.6Mpa和按该管的拉伸实验计算的爆破压力值53.2Mpa，且爆破口的位置距焊缝740mm，爆破口的长度为910mm。

由以上实验结果可知：该埋弧焊丝合理匹配了七种合金元素的含量，采用本发明埋弧焊丝与SJ102G焊剂匹配进行熔敷金属焊接实验，其力学性能优良，均达到了强度要求；在进行四丝内外埋弧焊实验时，采用实施例1-3的焊丝进行焊接后，焊缝在-20℃冲击吸收功的平均值均大于90J，满足了实际需求，且有较大富余；静水压爆破实验说明钢管和焊缝的整体力学性能和母材的止裂性能均是优良的。

Claims

1.一种深海管道用埋弧焊丝，其特征是该埋弧焊丝由下列成分按质量百分比制成：C0.09%，Si0.3%，Mn1.8%，Mo0.3-0.5%,Ni0.5%，Ti0.12%，B0.01%，P＜0.012%，S＜0.003%，余量为铁，焊丝经放线、剥壳、除锈、清洗、涂硼、烘干、拉拔、收线工序制得成品。