CN111745325B

CN111745325B - 一种用于x70管线钢的自保护药芯焊丝

Info

Publication number: CN111745325B
Application number: CN202010613669.3A
Authority: CN
Inventors: 杨恒闯; 宋昌宝; 魏艳; 何涛; 刘�东
Original assignee: Wuhan Temo Welding Consumables Co ltd
Current assignee: Wuhan Temo Welding Consumables Co ltd
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: CN111745325A

Abstract

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，包括低碳钢带外皮和药芯，所述药芯包括按质量百分含量计的如下组分：氟化钡50％‑58％、氟化锂10％‑16％、氟化钾4％‑6％、氟化钙1％‑5％、氟化稀土1％‑5％，磁铁矿3％‑5％、钛铁矿1％‑4％、镁铝合金7‑15％、金属锰1％‑5％、金属镍3％‑6％，硅锆合金3％‑5％，石英3％‑8％、氧化铈1％‑6％，余量为铁粉。本发明能够有效地改善焊接工艺性能，提高焊接电弧稳定性，并保证了焊缝的造气造渣自保护能力，同时合理配比镁铝合金、金属锰、金属镍，并添加硅锆合金、氧化铈、氟化稀土，细化晶粒，增加焊缝针状铁素体的比例，降低焊缝硫磷含量，有效提高熔敷金属的低温冲击韧性，焊丝熔敷金属‑50℃V型缺口冲击吸收功可达到135J以上；且焊缝成形美观。

Description

一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝。

背景技术

近年来，石油管线工程建设得到了迅速发展，2018年全球油气长输管道总里程数上升至200万公里，我国油气长输管道网络已初步建成，早期油气管线建设，由于管线钢强度级别交较低，管径小，设计压力低等原因，采用普通的手工焊条即可，随着技术进步，自保护药芯焊丝在长输管道焊接中得到广泛应用。同时，管线钢的设计级别也不断提高，配套焊接材料的研发是管线建设材料技术升级换代中不可缺失的重要部分。目前市场上大量使用了X70管线钢，但配套成熟的自保护药芯焊丝产品在低温韧性等方面在不稳定。

专利CN 106944765 A公开了“一种用于X80管线钢的自保护药芯焊丝”，其采用氟化物和碳酸盐造气，自保护焊丝焊缝中的氮气孔随着碳酸盐的增加先增加而后降低，少量的碳酸盐添加，不能对消除氮气孔产生有益作用，而大量碳酸盐的增加使药芯焊丝中其他保护物质的量相对减少，其他物质的保护作用降低。

专利CN 103612034 A公开了“用于X70管线钢焊接的高韧性自保护药芯焊丝”，其采用氟化物和碳酸盐造气，三氧化二铝和三氧化二铝调节熔渣熔点、黏度和表面张力，氧化铈和氧化镧控制夹杂物尺寸，以及铝粉、铝镁合金、金属锰和金属镍作为合金剂。其具有较好的-40℃冲击韧性值，然而其配方组分较多且较复杂，且工艺程序较繁琐。

专利CN 104043912 A公开了“一种用于管线钢焊接用自保护药芯焊丝”，其采用硅酸铝和稀土氧化物作为造渣剂，草酸铝作为造气剂，以及锗、锰、硅作为脱氧剂，Ti、Ni、Al作为合金剂，达到自保护的目的，其在焊接过程中生成的烟尘较少，飞溅小，电弧稳定。然而其低温冲击韧性以及延伸率较低，-20℃低温冲击值仅60J左右。

专利CN 105345315 A公开了“一种适用于高钢级管道焊接的高Ni自保护药芯焊丝”，其提高金属镍的含量到12-25％从而提高熔敷金属冲击韧性的目的。配方组成主要为氟化物以及电解锰、镍粉和金属锆，其中金属锆的使用量为0.1％-0.6％。其熔敷金属具有较高的抗拉强度，而-20℃低温冲击韧性值仅为130J左右。

综合以上，目前自保护药芯焊丝的主要以氟化物和碳酸盐造渣造气保护，配合以强韧化合金成分调节力学性能，氧化物调节熔渣性能。然而这些专利配方焊丝的熔敷金属在力学性能上均存在一定劣势。因此，有必要设计一种新的用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，以克服上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种X70管线钢的自保护药芯焊丝，能在满足强度要求的同时达到较好的低温冲击性能，适用于复杂的野外管线钢焊接工况。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，包括低碳钢带外皮和药芯，所述药芯包括按质量百分含量计的如下组分：氟化钡50％-58％、氟化锂10％-16％、氟化钾4％-6％、氟化钙1％-5％、氟化稀土1％-5％，磁铁矿3％-5％、钛铁矿1％-4％、镁铝合金7-15％、金属锰1％-5％、金属镍3％-6％，硅锆合金3％-5％，石英3％-8％、氧化铈1％-6％，余量为铁粉。

作为一种实施方式，所述药芯包括按质量百分含量计的如下组分：氟化钡50％、氟化锂10％、氟化钾4％、氟化钙2％、氟化稀土1％，磁铁矿3％、钛铁矿2％、镁铝合金8％、金属锰4％、金属镍5％，硅锆合金3.5％，石英3％、氧化铈2％、铁粉2.5％。

作为一种实施方式，所述药芯包括按质量百分含量计的如下组分：氟化钡52％、氟化锂13％、氟化钾5％、氟化钙1％、氟化稀土1％，磁铁矿3％、钛铁矿1％、镁铝合金10％、金属锰2％、金属镍3％，硅锆合金3％，石英3％、氧化铈2％、铁粉1％。

作为一种实施方式，所述药芯包括按质量百分含量计的如下组分：氟化钡54％、氟化锂11％、氟化钾6％、氟化钙1％、氟化稀土2％，磁铁矿4％、钛铁矿1％、镁铝合金7％、金属锰3％、金属镍3％，硅锆合金3％，石英3％、氧化铈1％、铁粉1％。

进一步地，所述自保护药芯焊丝中药芯填充率为13-18％。

进一步地，所述低碳钢带外皮为H08A碳钢钢带。

进一步地，所述自保护药芯焊丝的直径为1.6-2.0mm。

进一步地，所述药芯的粒度为50-70目。

本发明的用于X70管线钢的自保护药芯焊丝中的各组分的主要作用如下：

氟化钡：在焊接过程中造气造渣去氢，实现对熔池的保护，提高全位置焊接性能；

氟化锂：在焊接过程中造气保护熔池，提高电弧稳定性；

氟化钾：在焊接过程中造气去氢，提高电弧稳定性；

氟化钙：在焊接过程中造气造渣；

磁铁矿：在焊接过程中细化熔滴，提高电弧吹力；

钛铁矿：调节熔渣，改善焊接工艺；

镁铝合金：脱氧固氮，调节铁水粘度，调节焊接工艺；

金属锰、金属镍：脱氧，合金过渡，调节强度；

石英：在焊接过程中起到脱氧作用，并能提高金属熔池流动性；

硅锆合金：细化晶粒，提高低温韧性；

氧化铈：净化焊缝，脱硫脱磷，提高低温韧性；

氟化稀土：在焊接过程中提高电弧稳定性造气保护熔池，并有效降低夹杂物尺寸，促进针状铁素体形核，改善熔敷金属低温韧性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明合理配比氟化物的使用量，其范围为66-78％，起造气和造渣的双重作用，氟化物在电弧区间气化产生气罩能够隔离空气中的有害作用，同时在熔池凝固时形成熔渣覆盖在焊缝上；在添氟化钡加较多氟化锂，与合理的氟化钾，在保证自保护药芯焊丝的造气造渣保护的同时，氟化锂能在电弧区被还原剂还原成金属锂，金属锂与氮发生反应形成氮化锂，同时金属锂在焊接区中蒸发由焊接区中心向较冷的边缘扩散从而取代侵入氮气，有效改善焊接工艺性能，提高焊接电弧稳定性，并保证了焊缝的造气造渣自保护能力；

(2)本发明合理配比镁铝合金、金属锰、金属镍用于脱氧，平衡氟化物的高比例造成的脱氧不足；并添加硅锆合金、氧化铈、氟化稀土，细化晶粒，增加焊缝针状铁素体的比例，降低焊缝硫磷含量，有效提高并稳定熔敷金属的低温冲击韧性，焊丝熔敷金属-50℃V型缺口冲击吸收功可达到135J以上；

(3)本发明使用磁铁矿、钛铁矿、大量氟化钾+少量氟化钙来提高焊接工艺的稳定性，调节熔池流动性和表面张力，调整熔渣粘度和熔点，改善焊接熔渣的脱渣性能，保证焊缝成形美观。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种适合管线全位置焊接、在低温状态仍保证优良韧性的用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，包括低碳钢带外皮和药芯，其中，药芯包括按质量百分含量计的如下组分：氟化钡50％-58％、氟化锂10％-16％、氟化钾4％-6％、氟化钙1％-5％、氟化稀土1％-5％，磁铁矿3％-5％、钛铁矿1％-4％、镁铝合金7-15％、金属锰1％-5％、金属镍3％-6％，硅锆合金3％-5％，石英3％-8％、氧化铈1％-6％，余量为铁粉。

上述用于X70管线钢的自保护药芯焊丝的制备方法为：首先利用成型轧辊将市售普通H08A碳钢钢带轧成U形外皮，然后用送粉装置将粒度为50-70目的药芯粉料按照13-18％填充到U形槽中；再将U形槽合口，将药芯包裹于其中，再经过拉丝工序，逐道拉拔，减小直径到1.6-2.0mm，得到最终产品。

实施例1-3提供的用于X70管线钢的自保护药芯焊丝中，药芯的各组分含量如表1所示。

表1实施例1-3中自保护药芯焊丝的药芯粉化学组成(％)

化学组分	实施例1	实施例2	实施例3
				氟化钡	50	52	54
氟化锂	10	13	11
				氟化钾	4	5	6
氟化钙	2	1	1
				氟化稀土	1	1	2
磁铁矿	3	3	4
				钛铁矿	2	1	1
镁铝合金	8	10	7
				金属锰	4	2	3
金属镍	5	3	3
				硅锆合金	3.5	3	3
石英	3	3	3
				氧化铈	2	2	1
铁粉	2.5	1	1
				合计	100	100	100

上述实施例1-3提供的自保护药芯焊丝熔敷金属力学性能的焊接试板均准备如下：试板参照AWSA5.29/A5.29M进行准备，试板选用Q345E钢板250mm×250mm×20mm，垫板选用为9mm的Q345E钢板。试板坡口为V形，坡口角度为45°。

实施例1-3提供的自保护药芯焊丝的焊接规范如下：焊接电压24.5V，焊接电流220-250A，采用DCEN直流反接，焊前预热150℃，层间温度小于150℃，焊后不进行热处理，焊丝直径为2mm。

实施例1、2和3焊接完成后，对熔敷金属进行显微组织观察，测试结果如下，熔敷金属组织为大量针状铁素体以及少量的珠光体和贝氏体。熔敷金属机械性能如表2所示。

表2实施例自保护药芯焊丝熔敷金属力学性能

从表2可以看出，实施例1-3的熔敷金属抗拉强度≥690MPa，屈服强度≥560MPa，延伸率≥25％，-50℃低温冲击韧性≥135J。测试结果表明：采用本发明配方所述的自保护药芯焊丝，按照本发明所述规范焊接后，其熔敷金属力学性能满足X70钢的强度要求，并且具有非常优异的-50℃冲击韧性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，包括低碳钢带外皮和药芯，其特征在于，所述药芯包括按质量百分含量计的如下组分：氟化钡50％-58％、氟化锂11％-16％、氟化钾4％-6％、氟化钙1％-5％、氟化稀土1％-5％，磁铁矿3％-5％、钛铁矿1％-4％、镁铝合金7-15％、金属锰1％-5％、金属镍3％-6％，硅锆合金3％-5％，石英3％-8％、氧化铈1％-6％，余量为铁粉。

2.如权利要求1所述的一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，其特征在于，所述药芯包括按质量百分含量计的如下组分：氟化钡52％、氟化锂13％、氟化钾5％、氟化钙1％、氟化稀土1％，磁铁矿3％、钛铁矿1％、镁铝合金10％、金属锰2％、金属镍3％，硅锆合金3％，石英3％、氧化铈2％、铁粉1％。

3.如权利要求1所述的一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，其特征在于，所述药芯包括按质量百分含量计的如下组分：氟化钡54％、氟化锂11％、氟化钾6％、氟化钙1％、氟化稀土2％，磁铁矿4％、钛铁矿1％、镁铝合金7％、金属锰3％、金属镍3％，硅锆合金3％，石英3％、氧化铈1％、铁粉1％。

4.如权利要求1所述的一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝中药芯填充率为13-18％。

5.如权利要求1所述的一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述低碳钢带外皮为H08A碳钢钢带。

6.如权利要求1所述的一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述自保护药芯焊丝的直径为1.6-2.0mm。

7.如权利要求1所述的一种用于X70管线钢的自保护药芯焊丝，其特征在于：所述药芯的粒度为50-70目。