CN109158737B - 一种焊缝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种焊缝，属于合金制备技术领域。本发明提供的焊缝包括以下质量百分含量的元素：C 0.03～0.09％，Si 0.15～0.5％，Mn 1.0～1.7％，Ni 0.5～1％，Mo 0.4～0.7％，Cr≤0.5％，Cu 0.06～0.10％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。从实施例可以看出，本发明的焊缝抗拉强度达750～900MPa，在‑50℃下低温冲击功Akv为75～89J。

Description

一种焊缝的制备方法
技术领域
本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种焊缝及其制备方法。
背景技术
随着油气技术的进步，油气的勘测、开采正朝着低温的地区发展。由于服役条件的苛刻，对管线钢及其焊缝的性能提出了高强度、优低温韧性等要求。如中俄天然气管线选用的是X80级，要求焊缝低温-40℃的韧性≥60J，抗拉强度不低于640MPa。
热煨弯管目前最普遍的做法是以直缝管为母管，在线感应加热装置中进行弯制。弯管和管件焊接一般仍以与母管相同的焊接材料为焊丝，利用埋弧焊进行焊接；因此得到的组织也与直母管的针状铁素体相同。但是，在弯管和管件的生产制造过程中，母管焊缝的针状铁素体组织在经过反复热处理后很难再保持针状铁素体形态，通常演变为粗大的粒状贝氏体组织，同时粒状贝氏体相变过程中伴生的粗大的马奥组元大幅降低弯管和管件的韧性。所以，成品弯管和管件的焊缝质量，尤其是焊缝的韧性难以控制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种焊缝及其制备方法。本发明提供的焊缝的抗拉强度和低温韧性优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种焊缝，包括以下质量百分含量的元素：C 0.03～0.09％， Si0.15～0.5％，Mn 1.0～1.7％，Ni 0.5～1％，Mo 0.4～0.7％，Cr≤0.5％，Cu 0.06～0.10％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe；
所述焊缝包括回火索氏体、板条贝氏体回火组织和残余奥氏体。
本发明还提供了上述焊缝的制备方法，包括以下步骤：
(1)将焊丝利用埋弧焊，焊接母管，得到焊接母管；
(2)所述步骤(1)得到的焊接母管经淬火、回火，得到所述焊缝。
优选地，所述母管包括以下重量含量的成分：C 0.05～0.06％，Si 0.14～0.16％，Mn 0.04～0.05％，Ni 0.5～1.0％，Mo 0.1～0.3％，Cr 0.3～0.5％，Cu 0.04～0.06％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为铁。
优选地，所述淬火的温度为910～930℃。
优选地，所述淬火的保温时间为30～50min。
优选地，所述回火的温度为570～680℃。
优选地，所述回火的保温时间为1～2h。
本发明提供了一种焊缝，包括以下质量百分含量的元素：C 0.03～0.09％， Si0.15～0.5％，Mn 1.0～1.7％，Ni 0.5～1％，Mo 0.4～0.7％，Cr≤0.5％，Cu 0.06～0.10％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe；所述焊缝包括回火索氏体、板条贝氏体回火组织和残余奥氏体。本发明的焊缝通过合金元素的共同作用，形成了韧性优异的回火索氏体+少量板条贝氏体回火组织+残余奥氏体，使得焊缝在低温下具有优异的韧性。从实施例可以看出，本发明的焊缝抗拉强度达750～900MPa，在-50℃下低温冲击功Akv为 75～89J。
附图说明
图1为实施例1焊缝放大2000倍和5000倍的扫描电镜谱图；
图2为实施例2焊缝放大2000倍和5000倍的扫描电镜谱图；
图3为实施例3焊缝放大2000倍和5000倍的扫描电镜谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种焊缝，包括以下质量百分含量的元素：C 0.03～0.09％， Si0.15～0.5％，Mn 1.0～1.7％，Ni 0.5～1％，Mo 0.4～0.7％，Cr≤0.5％，Cu 0.06～0.10％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe；所述焊缝包括回火索氏体、板条贝氏体回火组织和残余奥氏体。
本发明提供的焊缝包括质量百分含量为0.03～0.09％的C，优选为 0.04～0.08％，更优选为0.05～0.07％。在本发明中，碳(C)能够提高焊缝的抗拉强度与屈服强度，同时保证焊缝具有优异的焊接性和韧性。
本发明提供的焊缝包括质量百分含量为0.15～0.5％的Si，优选为 0.2～0.45％，更优选为0.3～0.4％。在本发明中，Si作为还原剂和脱氧剂，能显著提高焊缝的弹性极限、屈服点和抗拉强度。
本发明提供的焊缝包括质量百分含量为1.0～1.7％的Mn，优选为 1.1～1.6％，更优选为1.3～1.5％。在本发明中，Mn含量增加可提高焊缝的淬透性，增加焊缝的屈服强度和抗拉强度；但是过高的Mn会在晶界偏析，在常温下获得奥氏体或马氏体组织，增加裂纹敏感性并降低焊接性，本发明将Mn 含量控制为1.0～1.7％，在保证焊缝抗拉强度和屈服强度的同时，还使焊缝具有很好的焊接性和韧性。
本发明提供的焊缝包括质量百分含量为0.5～1.0％的Ni，优选为0.6～0.9％，更优选为0.7～0.8％。在本发明中，所述Ni能够保证焊缝具有良好的塑性和低温韧性，同时还能保证熔融态焊缝具有良好的流动性，保证焊缝的可焊接性。
本发明提供的焊缝包括质量百分含量为0.4～0.7％的Mo，优选为 0.45～0.65％，更优选为0.5～0.6％。在本发明中，所述Mo能够提高焊缝的淬透性和强韧性，同时减少回火脆性及韧性损失。
本发明提供的焊缝包括质量百分含量为≤0.5％的Cr，优选为≤0.4％，更优选为≤0.3％。在本发明中，所述Cr能够提高焊缝的淬透性、强度、硬度和耐磨性；与Mo元素共同作用保证了焊缝在低温下具有很好的韧性。
本发明提供的焊缝包括质量百分含量为0.06～0.10％的Cu，优选为 0.065～0.09％，更优选为0.07～0.08％。在本发明中，Cu能提高焊缝的强度和韧性。
本发明提供的焊缝包括质量百分含量为≤0.01％的Nb，优选为≤0.005％，更优选为≤0.001％。本发明提供的焊缝，包括质量百分含量为≤0.01％的V，优选为≤0.005％，更优选为≤0.001％。在本发明中，Nb、V的量分别控制为≤0.01％，避免了Nb、V与C、N结合形成碳氮化物导致的韧脆转变温度增高、低温服役性变差的缺陷，使得焊缝在低温下具有优异的韧性。
本发明提供的焊缝包括质量百分含量为≤0.01％的S，优选为≤0.005％，更优选为≤0.001％。本发明提供的焊缝，包括质量百分含量为≤0.01％的P，优选为≤0.005％，更优选为≤0.001％。在本发明中，P、S为焊缝中的有害物质，降低其质量百分含量，进而提高焊缝的整体性能。
本发明的焊缝在上述元素的共同作用下，形成了韧性优异的马氏体和残余奥氏体双相，使得焊缝在低温下具有优异的韧性。
本发明还提供了上述焊缝的制备方法，包括以下步骤:
(1)将焊丝利用埋弧焊方式，焊接母管，得到焊接母管；
(2)所述步骤(1)得到的焊接母管依次经淬火和回火，得到所述焊缝。
本发明将焊丝利用埋弧焊方式，焊接母管，得到焊接母管。
在本发明中，所述母管包括以下重量含量的成分：C 0.05～0.06％，Si 0.14～0.16％，Mn 0.04～0.05％，Ni 0.5～1.0％，Mo 0.1～0.3％，Cr 0.3～0.5％，Cu 0.04～0.06％，Nb≤0.01％，V≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％。本发明对所述焊丝和埋弧焊参数没有特殊的限定，只要能得到上述元素组成的焊缝即可。在本发明的具体实施方式中，当母管包括以下重量含量的成分为：C 0.05％， Si 0.14％，Mn 0.04％，Ni 0.5％，Mo 0.1％，Cr0.3％，Cu 0.04％，Nb 0.01％， V 0.01％，S 0.01％，P 0.01％，余量为铁时，焊丝组成为C0.04％，Si 0.35％， Mn 1.46％，Ni 0.5％，Mo 0.35％，Cu 0.05％，Nb 0.02％，Cr 0.1％，V0.005％， S 0.005％，P 0.005％，余量为铁；配合GJ101焊剂，埋弧焊参数为：焊接电流500A，焊接电压29V，焊接速度25±1.5cm/min，层间温度150±15℃；当母管包括以下重量含量的成分为：C 0.06％，Si 0.16％，Mn 0.05％，Ni 1.0％， Mo 0.3％，Cr 0.5％，Cu0.06％，Nb 0.005％，V 0.005％，S 0.004％，P 0.01％，余量为铁；焊丝组成为C 0.04％，Si0.3％，Mn 1.5％，Ni 1.0％，Mo 0.35％， Cu 0.05％，Nb 0.02％，Cr 0.1％，V 0.005％，S0.005％，P 0.005％，余量为铁，配合SJ102焊剂，埋弧焊参数为：焊接电流500A，焊接电压29V，焊接速度 25±1.5cm/min，层间温度150±15℃；当母管包括以下重量含量的成分为：C0.055％，Si 0.15％，Mn 0.045％，Ni 0.8％，Mo 0.2％，Cr 0.4％，Cu 0.05％， Nb0.008％，V 0.008％，S 0.006％，P 0.01％，余量为铁；焊丝组成为C 0.045％， Si 0.4％，Mn 1.45％，Ni 0.7％，Mo 0.38％，Cu 0.07％，Nb 0.03％，Cr 0.15％， V 0.005％，S0.005％，P 0.005％，余量为铁，配合SJ101焊剂，埋弧焊参数为：焊接电流500A，焊接电压29V，焊接速度25±1.5cm/min，层间温度150±15℃。
得到焊接母管后，本发明将焊接母管经淬火、回火，得到焊缝。在本发明中，所述淬火的温度优选为910～930℃，更优选为915～925℃，最优选为 918～923℃。在本发明中，所述淬火的保温时间优选为30～50min，更优选为 35～45min，最优选为38～43min。在本发明中，所述回火的温度优选为 570～680℃，更优选为600～650℃，最优选为610～630℃。在本发明中，所述回火的保温时间优选为60～120min，更优选为70～110min，最优选为 80～100min。在本发明，淬火能够将焊缝完全淬透，焊缝经调质后的组织为韧性优异的回火索氏体、板条贝氏体和残余奥氏体。
在本发明中，如果需要制备弯管，优选将焊接母管在加热的条件性进行弯制，得到弯管；然后对弯管进行淬火和回火。在本发明中，所述加热的温度优选为1050～1080℃，更优选为1055～1070℃，最优选为1060～1065℃。
下面结合实施例对本发明提供的焊缝及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将元素组成为C 0.04％，Si 0.35％，Mn 1.46％，Ni 0.5％，Mo 0.35％， Cu0.05％，Nb 0.02％，Cr 0.1％，V 0.005％，S 0.005％，P 0.005％，余量为铁的焊丝在SJ101焊剂的作用下，利用埋弧焊(埋弧焊参数为：焊接电流500A，焊接电压29V，焊接速度25cm/min，层间温度150～160℃)，焊接元素组成为C 0.05％，Si 0.14％，Mn 0.04％，Ni 0.5％，Mo 0.1％，Cr 0.3％，Cu 0.04％， Nb 0.01％，V 0.01％，S 0.01％，P 0.01％，余量为铁的母管，得到焊接母管；
(2)所述步骤(1)得到的焊接母管于1050℃下进行弯制，得到弯管；将弯管于920℃淬火保温40min，然后于680℃回火保温2h，得到所述焊缝。
采用能谱仪分析焊缝的元素组成，结果如表1所示。
表1实施例1中焊缝的元素组成
元素 C Si Mn Ni Mo Cr Cu Nb V S P Fe
含量(wt％) 0.073 0.47 1.69 0.98 0.45 0.08 0.087 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 余量
采用扫描电镜观察焊缝的微观结构，结果如图1所示，图1中a为放大 2000倍的图谱，b为放大5000倍的图谱。从图1可以看出：组织为回火索氏体与少量的板条贝氏体回火组织。
采用GB/T 228.1-2010检测焊缝的力学性能，测试结果为：抗拉强度为 760MPa，-50℃冲击平均值为89J。
实施例2
(1)将元素组成为C 0.04％，Si 0.3％，Mn 1.5％，Ni 1.0％，Mo 0.35％， Cu0.05％，Nb 0.02％，Cr 0.1％，V 0.005％，S 0.005％，P 0.005％，余量为铁的焊丝在SJ102焊剂的作用下，利用埋弧焊(埋弧焊参数为：焊接电流500A，焊接电压29V，焊接速度25cm/min，层间温度150～160℃)，焊接元素组成为C 0.06％，Si 0.16％，Mn 0.05％，Ni 1.0％，Mo 0.3％，Cr 0.5％，Cu 0.06％， Nb 0.005％，V 0.005％，S 0.004％，P 0.01％，余量为铁的母管，得到焊接母管；
(2)所述步骤(1)得到的焊接母管于1050℃下进行弯制，得到弯管；将弯管于920℃淬火保温40min，然后于600℃回火保温2h，得到所述焊缝。
采能谱仪分析焊缝的元素组成，结果如表2所示。
表2实施例2中焊缝的元素组成
采用扫描电镜观察焊缝的微观结构，结果如图2所示，图2中a为放大 2000倍的图谱，b为放大5000倍的图谱。从图2可以看出：组织为回火索氏体与少量的板条贝氏体回火组织。采用GB/T 228.1-2010检测焊缝的力学性能，测试结果为：抗拉强度为840MPa，-50℃冲击平均值为75J。
实施例3
(1)将元素组成为C 0.045％，Si 0.4％，Mn 1.45％，Ni 0.7％，Mo 0.38％， Cu0.07％，Nb 0.03％，Cr 0.15％，V 0.005％，S 0.005％，P 0.005％，余量为铁的焊丝在SJ101焊剂的作用下，利用埋弧焊(埋弧焊参数为：焊接电流500A，焊接电压29V，焊接速度25cm/min，层间温度150～160℃)，焊接元素组成为C 0.055％，Si 0.15％，Mn 0.045％，Ni0.8％，Mo 0.2％，Cr 0.4％，Cu 0.05％， Nb 0.008％，V 0.008％，S 0.006％，P 0.01％，余量为铁的母管，得到焊接母管；
(2)所述步骤(1)得到的焊接母管于1050℃下进行弯制，得到弯管；将弯管于920℃淬火保温40min，然后于620℃回火保温2h，得到所述焊缝。
采用能谱仪分析焊缝的元素组成，结果如表3所示。
表3实施例3焊缝的元素组成
元素 C Si Mn Ni Mo Cr Cu Nb V S P Fe
含量(wt％) 0.070 0.30 1.58 1.00 0.46 0.21 0.086 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 余量
采用扫描电镜观察焊缝的微观结构，结果如图3所示，图3中a为放大 2000倍的图谱，b为放大5000倍的图谱。从图3可以看出：组织为回火索氏体与少量的板条贝氏体回火组织。采用GB/T 228.1-2010检测焊缝的力学性能，测试结果为：抗拉强度为790MPa，-50℃冲击平均值为89J。
本发明通过控制各合金元素的含量，使焊缝在淬火过程中能完全淬透，保证调质组织为韧性较好的回火索氏体、少量板条贝氏体回火组织和残余奥氏体。同时，添加的C、Mn、Ni等元素降低了韧脆转变温度，使得焊缝组织在低温服役环境下不发生脆性断裂。从实施例可以看出，本发明的焊缝抗拉强度达750～900MPa，在-50℃下低温冲击功Akv为75～89J。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种焊缝的制备方法，包括以下步骤：
将焊丝利用埋弧焊方式，焊接母管，得到焊接母管；所述母管包括以下重量含量的成分：C 0.05~0.06%，Si 0.14~0.16%，Mn 0.04~0.05%，Ni 0.5~1.0%，Mo 0.1~0.3%，Cr 0.3~0.5%，Cu 0.04~0.06%，Nb≤0.01%，V≤0.01%，S≤0.01%，P≤0.01%，余量为铁；
所述得到的焊接母管依次经淬火和回火，得到所述焊缝；
所述焊缝包括以下质量百分含量的元素：C 0.03~0.09%，Si 0.15~0.5%，Mn 1.0~1.7%，Ni 0.5~1%，Mo 0.4~0.7%，Cr≤0.5%，Cu 0.06~0.10%，Nb≤0.01%，V≤0.01%，S≤0.01%，P≤0.01%，余量为Fe；
所述焊缝包括回火索氏体、板条贝氏体回火组织和残余奥氏体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淬火的温度为910~930℃。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述淬火的保温时间为30~50min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述回火的温度为570~680℃。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述回火的保温时间为1~2h。
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