CN104907731B - 一种耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝 - Google Patents

一种耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，其特征在于，按重量百分比计，化学成分包括：C≤0.07％，Mn 0.4～0.8％，Si≤0.35％，S≤0.005％，P≤0.008％，Ni 0.5～1.5％，Cr 0.05～0.35％，Mo 0.2～0.8％，Cu 0.05～0.55％，Ti 0.02～0.20％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的埋弧焊丝，其抗拉强度大于500MPa，熔敷金属KV2(‑40℃)大于90J，与耐蚀钢板匹配良好，最适合与焊剂SJ105G配合使用，满足耐蚀钢板耐腐蚀要求。

Description

一种耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝
技术领域
本发明涉及一种耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝。
背景技术
随着国民经济的发展，我国对能源的需求越来越大，由于国际原油价格的迅速攀高及陆上石油资源的锐减，海洋油气开发已经成为世界各国的能源开发热点。国家在投入大量人力财力进行海洋装备系统开发的同时，对于油气输送用钢，也提出了更高的要求。
油气运输中既有硫化氢腐蚀，又有海水腐蚀，因此要求钢板具有良好的抗硫化氢腐蚀能力，同时具有良好的抗海水腐蚀能力。埋弧焊丝作为一种钢板焊接的重要焊接材料，在配套耐蚀钢焊接的过程中，要求其焊缝金属不仅具有高强度、高韧性的特点，而且具有良好的抗硫化氢腐蚀以及耐海水腐蚀的能力，因此，研制一种既抗硫化氢腐蚀又耐海水腐蚀的埋弧焊丝，对于推动我国油气建设具有重要的作用。
中国专利CN20091027221.1公开了一种耐海水腐蚀埋弧焊丝，焊丝化学成分：Cu0.20-0.35％，Cr0.65-1.15％，Ni0.35-0.55％，Mo0.15-0.25％，C0.07-0.11％，Si0.07-0.22％，Mn1.0-1.38％，Nd0.05-0.1％，P≤0.012％，S≤0.012％以及余量的铁和不可避免的杂质。具有耐腐蚀、强度高、韧性好、抗焊接冷裂能力强等特点，其抗拉强度大于600MPa，-40℃的低温冲击性能Axv≥65J。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对油气运输中硫化氢腐蚀和海水腐蚀并存的情况，研制一种既抗硫化氢腐蚀又耐海水腐蚀的埋弧焊丝，在配套耐蚀钢焊接过程中其熔敷金属既耐腐蚀又具备高强度高韧性。
本发明提供的耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，按重量百分比计，化学成分包括：C≤0.07％，Mn 0.4～0.8％，Si≤0.35％，S≤0.005％，P≤0.008％，Ni 0.5～1.5％，Cr 0.05～0.35％，Mo 0.2～0.8％，Cu 0.05～0.55％，Ti 0.02～0.20％，其余为Fe和不可避免的杂质。
C是固溶强化元素，能提高焊缝金属的强度，对焊缝金属的韧性影响较大，当C元素的含量较低时，能有效提高焊缝金属的韧性；当C元素较高时，焊缝金属裂纹倾向增加。本发明尽量降低C元素含量，将C含量控制在≤0.07％。
Mn是主要脱氧剂，降低焊缝金属的含氧量，增加焊缝金属强度和抗裂性，提高低温冲击韧性，调节铁水流动性。但随着Mn的升高，会因偏析引起组织中的硬相，使得焊缝金属抗硫化氢腐蚀能力下降，需要将Mn含量控制在0.4～0.8％。
Si是主要脱氧剂，与Mn联合脱氧效果更佳，降低焊缝金属的氧含量，提高低温冲击韧性，调节铁水的流动性，加入量过多时铁水变粘，焊缝强度过高，低温冲击韧性降低，Si含量需限定在≤0.35％。
S、P是杂质元素，对焊缝金属的抗硫化氢能力有严重影响，同时降低焊缝金属的低温冲击韧性，S与Fe等元素形成硫化物夹杂物会诱发点蚀和应力腐蚀开裂；P的偏析作用很强，引起焊缝金属不均匀，尤其是冷脆性增加。本发明尽量降低S、P含量，S含量需限定在≤0.005％，P含量需限定在≤0.008％。
Ni是焊缝金属中重要的合金元素，能提高焊缝金属的低温韧性，降低韧脆转变温度，同时Ni本身具有良好的耐腐蚀性，但镍含量过高则会增大热裂敏感性，Ni含量应控制在0.5～1.5％之间。
Cr有提高强度和淬透性的作用，一定含量的Cr可提高焊缝耐大气和海水腐蚀的能力。但是Cr过多时会使焊缝金属强度增加，硬度增加，从而降低焊缝金属的耐腐蚀性能，因此必须控制加入，Cr含量应在0.05～0.35％之间。
Mo有提高强度的作用，在一定的范围可以提高低温冲击韧性。然而含量过多时强度增加过多，会增加焊缝金属应力腐蚀敏感性，Mo含量控制在0.2～0.8％。
Cu是一种重要的耐腐蚀性元素，同时能提高焊缝金属强度。含量过多时会因强度过高引起低温冲击韧性下降，同时会增加产生热裂纹的敏感性，Cu含量控制在0.05～0.55％。
Ti为脱氧元素，同时与焊缝金属中的N结合，减少了固溶氮的有害作用，生成的TiN作为结晶核心，促使焊缝成为细晶粒组织，但Ti含量过高会使焊缝的硬度增加，冲击韧性下降，Ti含量需控制在0.02～0.20％。
Fe即铁粉，能改善电弧状态，调节铁水熔点和粘度，余量加入。
本发明在低C、低Mn、低Si埋弧焊丝中添加一定的Cr、Mo、Ni、Cu、Ti元素，同时严格控制杂质元素S、P的含量，在保证焊缝金属具有一定强度和低温冲击韧性的基础上，具有良好的抗硫化氢腐蚀及耐海水腐蚀性能。焊丝中各成分配比恰当，焊接性能优于现有其他耐腐蚀埋弧焊丝，其抗拉强度大于500MPa，熔敷金属KV2(-40℃)大于90J，与耐蚀钢板匹配良好，满足耐蚀钢板耐腐蚀要求。
作为一种优选方案，上述耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，化学成分为C 0.068％，Mn0.63％，Si 0.28％，S 0.004％，P 0.007％，Ni 1.2％，Cr 0.25％，Mo 0.54％，Cu 0.08％，Ti 0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为一种优选方案，上述耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，化学成分为C 0.052％，Mn0.75％，Si 0.12％，S 0.005％，P 0.008％，Ni 0.98％，Cr 0.12％，Mo 0.66％，Cu 0.22％，Ti 0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为一种优选方案，上述耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，化学成为C 0.045％，Mn0.49％，Si 0.23％，S 0.004％，P 0.006％，Ni 1.45％，Cr 0.32％，Mo 0.75％，Cu 0.39％，Ti 0.18％，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为一种优选方案，上述耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，化学成为C 0.036％，Mn0.78％，Si 0.18％，S 0.003％，P 0.007％，Ni 0.85％，Cr 0.26％，Mo 0.58％，Cu 0.52％，Ti 0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明具有以下有益效果：
1、按照NACE TM 0284-2003标准要求的抗HIC要求进行检测，裂纹敏感率(CSR)≤2％，裂纹长度率(CLR)≤15％，裂纹厚度率(CTR)≤5％，按照NACE TM 0177-2005标准A方法标准进行拉伸试验，试验使用纯氮、硫化氢气体，采用分析纯化学剂，溶液由溶解在蒸馏水中的5.0％的氯化钠和0.5％的冰醋酸组成，试验按照标准进行720h，加载比例为材料的90％最小屈服强度，试样无任何开裂和裂纹产生；按照《中国船级社原油油船货油舱耐腐蚀钢材检验指南》对焊接接头进行耐腐蚀试验，其中模拟上甲板工况条件的试验进行98天，模拟内底工况条件的试验进行168h，母材和焊缝金属之间无不连续表面(如呈阶梯状)，满足耐蚀要求。
2、本发明中的埋弧焊丝，其抗拉强度大于500MPa，熔敷金属KV2(-40℃)大于90J。最适合与焊剂SJ105G配合使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
根据本发明中耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝化学成分提供4个较优的实施例，其埋弧焊丝化学成分见表一、与焊剂SJ105G配合使用后焊缝熔敷金属的性能数据表二。
表一 埋弧焊丝化学成分
C Mn Si S P Ni Cr Mo Cu Ti Fe
实施例1 0.068 0.63 0.28 0.004 0.007 1.2 0.25 0.54 0.08 0.15 余量
实施例2 0.052 0.75 0.12 0.005 0.008 0.98 0.12 0.66 0.22 0.12 余量
实施例3 0.045 0.49 0.23 0.004 0.006 1.45 0.32 0.75 0.39 0.18 余量
实施例4 0.036 0.78 0.18 0.003 0.007 0.85 0.26 0.58 0.52 0.08 余量
表二 熔敷金属力学性能
Rm/MPa ReL/MPa A/％ KV2(-40℃)/J
实施例1 539 445 27 125118121
实施例2 572 495 26 105114108
实施例3 605 524 24 120123122
实施例4 655 580 22 9810295
采用实施例1～4制备的埋弧焊丝与焊剂SJ105G配合焊制试板，根据NACE TM 0284要求进行试验制备并进行抗HIC检测，试验结果见表三。
表三 焊接接头抗HIC性能检测
备注：CLR(Crack Length Ratio)裂纹长度率，CTR(Crack Thickness Ratio)裂纹厚度率，CSR(Crack Sensitivity Ratio)裂纹敏感率。
采用实施例1～4制备的埋弧焊丝焊制试板，按照NACE TM 0177-2005标准进行SSC试验检测，试验采用A方法进行拉伸试验，试验使用纯氮、硫化氢气体，采用分析纯化学剂，溶液由溶解在蒸馏水中的5.0％的氯化钠和0.5％的冰醋酸组成，试验按照标准进行720h，加载比例为材料的90％最小屈服强度，试验结果见表四。
表四 焊接接头SSC试验检测
加载 浸泡时间 断否 评定
实施例1 90％ReL 720h 否 通过
实施例2 90％ReL 720h 否 通过
实施例3 90％ReL 720h 否 通过
实施例4 90％ReL 720h 否 通过
采用实施例1～4制备的埋弧焊丝焊制试板，按照《中国船级社原油油船货油舱耐腐蚀钢材检验指南》对焊接接头进行耐腐蚀试验，其中模拟上甲板工况条件的试验进行98天，模拟内底工况条件的试验进行168h，试验结果见表五。
表五 焊接接头耐腐蚀试验
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，其特征在于，按重量百分比计，化学成分包括：C≤0.07％，Mn 0.4～0.78％，Si≤0.35％，S≤0.005％，P≤0.008％，Ni 0.5～1.5％，Cr 0.05～0.35％，Mo 0.54～0.8％，Cu 0.05～0.55％，Ti 0.08～0.20％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，其特征在于，化学成分为C0.068％，Mn 0.63％，Si 0.28％，S 0.004％，P 0.007％，Ni 1.2％，Cr 0.25％，Mo 0.54％，Cu 0.08％，Ti 0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，其特征在于，化学成分为C0.052％，Mn 0.75％，Si 0.12％，S 0.005％，P 0.008％，Ni 0.98％，Cr 0.12％，Mo0.66％，Cu 0.22％，Ti 0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，其特征在于，化学成为C 0.045％，Mn 0.49％，Si 0.23％，S 0.004％，P 0.006％，Ni 1.45％，Cr 0.32％，Mo 0.75％，Cu0.39％，Ti 0.18％，其余为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的耐蚀钢焊接专用埋弧焊丝，其特征在于，化学成为C 0.036％，Mn 0.78％，Si 0.18％，S 0.003％，P 0.007％，Ni 0.85％，Cr 0.26％，Mo 0.58％，Cu0.52％，Ti 0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。
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