CN115647653B

CN115647653B - 一种高强管道钢焊接用盘条及制备方法

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Publication number: CN115647653B
Application number: CN202211592166.8A
Authority: CN
Inventors: 冯素英
Original assignee: Shandong Juli Welding Co Ltd
Current assignee: Shandong Juli Welding Co Ltd
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2042-12-13
Also published as: CN115647653A

Abstract

本发明属于焊材技术领域，具体涉及一种高强管道钢焊接用盘条及制备方法，通过添加Ni、Mn、Si、Ti、C等合金元素，确保以其为原材料制成的焊丝熔敷金属力学性能的同时，还确保其焊接工艺性，可用于制作气保焊丝，实现高强管线钢的全位置自动连续施焊，提高焊接效率，焊接工艺性及焊缝力学性能均达到相关要求，抗拉强度600‑700MPa，断后延伸率≥22%，可降低施工成本，确保工期。

Description

一种高强管道钢焊接用盘条及制备方法

技术领域

本发明属于焊材技术领域，具体涉及一种高强管道钢焊接用盘条及制备方法。

背景技术

管道工业是在世界范围内发展最迅速的工业之一，利用管道将石油及其产品和气体从产地输送到用户已逐渐成为最安全、最经济和对环境破坏最小的运输方式。为了降低管线建设和运营成本，提高管线安全性和可靠性，高压大口径管线用钢不仅要具有更高强度还要具有更高韧性，国内高强管线钢的研制起步较晚，国产此种焊接材料发展比较落后，品种上没有形成系列，质量不高。

目前管线钢焊接材料还大多靠进口，成本较高，工期无法保证。尤其是高强管线钢的焊接用全位置自动焊用实心焊丝，目前还是依靠进口，国内此种焊接材料还没有应用先例。此种焊丝的性能主要由原材料焊接用盘条决定，因此研制此种盘条成为管线工程焊接技术储备的当务之急。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高强管线钢焊接用盘条及制备方法，通过添加Ni、Mn、Si、Ti、C等合金元素，确保以其为原材料制成的焊丝熔敷金属力学性能的同时，还确保其焊接工艺性。

本发明所提供的方案如下：

一种高强管道钢焊接用盘条，所述盘条化学成分的质量百分比：0.055%≤C≤0.10％，0.1％≤Si≤0.64％，0.8％≤Mn≤1.75％，1.0%≤Ni≤1.6%,P≤0.015％，S≤0.010％，0.050％≤Ti≤0.10％，其余为铁和不可避免杂质；其中全铝含量≤0.017%，全氧含量≤0.010％。

其直径为5.5mm,抗拉强度600-700Mpa,断后延伸率≥22%。可冷拉至最细直径为1.0mm的焊丝，可进行环焊缝全位置焊接，因此可实现对X80以下级别高强管道钢焊接。

本发明中盘条中各化学成分的作用如下：

C：随着C含量在高强度焊缝中的增加，针状铁素体的比例亦增加，减少晶界铁素体的数量；焊态时焊缝的强度、硬度，均随C含量的增加而增加，焊口的冲击韧性随C含量的增加而减少；因此应将C含量应控制在0.055%≤C≤0.10％之间性能最佳。

Mn: Mn具有脱硫、脱氧作用，在焊接熔敷金属中可提高强度，因此不得低于0.8%，但如过高，焊接熔敷金属的延展性及韧性变差，焊接接头硬脆。因此，为了充分发挥其作用，要将Mn控制在0.8％≤Mn≤1.75％。

Si:Si会引起固溶强化和二次相系数增多，而导致焊缝金属变脆，所以从韧性考虑添加Si是有害的。但从防止焊缝气孔形成考虑，焊缝金属中至少应含有0.2%的Si，随Si含量的增加焊缝强度、硬度会呈非线性增加，韧性降低。因此Si含量要控制在0.2％～0.64％之间。

P、S：两种元素对焊缝熔敷金属均是有害元素，且具有强烈偏析倾向。S对钢的热塑性及耐蚀性均有不利影响，通常还引起S和Mn的共同偏析，对产品组织和性能的均匀性有害，但一定量的范围内有利于焊接。P的危害主要是脆化作用，使钢的韧性显著降低，尤其是在低温时，这种影响更大（冷脆性），在P含量高时，也提高了焊缝金属的脆性转变温度。因此要求，P≤0.015%、S≤0.010%，在不造成其它影响的情况下，越低越好。

Ti: Ti在钢中易与N发生反应生成TiN, 在一定的范围内，可以细化晶粒、减少焊缝金属中的气体、并降低钢硬化的可能性，但是，当Ti≤0.03%时，在本发明中，作用不明显，达不到细化晶粒提高强度的目的；如果钛含量过高，则使金属韧性恶化，因此选择0.050％≤Ti≤0.10％。

Ni:Ni是渗合金元素，钢中加入Ni可提高强度及低温韧性，但在我国镍资源较为紧缺，成本较高，应尽量少用，根据焊材用途，确定1.0%≤Ni≤1.6%。本发明中主要利用Ni元素，提高焊接后熔金的低温韧性，相对于现有技术的Cr元素来说，Cr元素对低温韧性的影响远不如Ni元素更加有利。

Al:Al是强烈脱氧元素之一，不仅可减少FeO的产生，还可促进FeO还原，有效抑制CO的产生，提高抗CO气孔的能力，焊缝中残余Al易于导致产生纯Al₂O₃的氧化物夹渣，故焊丝必须严格控制Al的含量≤0.017%，即全铝含量≤0.017%。

O:焊接金属中的氧会使焊缝中有益元素大量烧损，还会使焊缝的强度、塑性、硬度、冲击韧度降低,其中冲击韧度降低尤为明显；降低焊缝金属的物理性能和化学性能;氧与碳、氢反应生成不溶于金属的气体CO和H₂O,若结晶时没有及时逸出,就会在焊缝内形成气孔；氧会增加飞溅的产生，影响焊接过程的稳定性。应严格控制焊缝中的氧≤0.010％，即全氧含量≤0.010％。

本发明还提供了所述高强管道钢焊接用盘条的制备方法，具体包括如下工艺要求：

1）真空熔炼，熔炼过程加入质量百分比0.7%～0.9%硅铁、1%～1.3%锰铁、0.65%～0.95%金属锰、0.8%～1.2%镍、0.05%～0.1%海绵钛、0.02%～0.04%碳粒、0.025%～0.035%硫化铁对钢液进行脱氧及合金化；熔炼过程控制钢液中全铝含量≤0.017%，全氧含量≤0.010％；熔炼过程中温度控制在1650～1700℃。

其中，所述硅铁中Si 含量为72～76%，锰铁中Mn含量80-85%，硫化铁中FeS含量为87～89%，其余为含量至少在99.2%以上的纯金属。

2）连铸：采用断面直径为260mm连铸圆钢坯。

3）连轧和线材轧制：将连铸坯经过连轧和线材轧制生产出直径5.5mm的合金钢盘条，在盘条生产过程开轧温度为1100～1150℃，盘条吐丝温度为850～950℃。

将本发明所生产的盘条，通过现有技术中的机械除锈→拉拔减径→高速镀铜→层绕步骤，即可生产成品焊丝。

本发明中涉及的高强管线钢焊接用低合金钢盘条，可用于制作气保焊丝，实现高强管线钢的全位置自动连续施焊，提高焊接效率，焊接工艺性及焊缝力学性能均达到相关要求，可降低施工成本，确保工期。

与现有技术相比，本发明优点是：

1、本发明提供的高强管线钢焊接用盘条，可用于制作气保焊丝，实现高强管线钢的全位置自动连续施焊，提高焊接效率，焊接工艺性及焊缝力学性能均达到相关要求，抗拉强度可达600-700MPa，断后延伸率≥22%，降低施工成本，确保工期。

实施方式

下面是结合实施例对本发明进一步说明。

实施例

按如下步骤制备盘条：

1）真空熔炼，熔炼过程加入0.7%硅铁（Si 含量≥72%）、1.01%锰铁（Mn含量80-85%）、0.7%金属锰、0.80%镍、0.051%海绵钛、0.023%碳粒、0.033%硫化铁对钢液进行脱氧及合金化；熔炼过程控制钢液中全铝含量0.008%，全氧含量0.0090％；熔炼过程中熔炼温度1650℃，出炉温度1590℃。

2）连铸：采用断面直径为260mm连铸圆钢坯。

3）连轧和线材轧制：将连铸坯经过连轧和线材轧制生产出直径5.5mm的合金钢盘条，在盘条生产过程开轧温度为1149℃，盘条吐丝温度为945℃。

对生产的盘条进行性能测试，具体结果见表1。

将生产的盘条通过多道次拉丝机进行冷拉，将盘条减径至0.98mm，得到焊丝。对所得的焊丝进行性能测试，具体结果见表1。

实施例

按如下步骤制备盘条：

1）真空熔炼，熔炼过程加入0.9%硅铁（Si 含量≥72%）、1.28%锰铁（Mn含量80-85%）、0.95%金属锰、1.20%镍、0.099%海绵钛、0.04%碳粒、0.030%硫化铁对钢液进行脱氧及合金化；熔炼过程控制钢液中全铝含量0.006%，全氧含量0.0050％；熔炼过程中熔炼温度1680℃，出炉温度1585℃。

2）连铸：采用断面直径为260mm连铸圆钢坯。

3）连轧和线材轧制：将连铸坯经过连轧和线材轧制生产出直径5.5mm的合金钢盘条，在盘条生产过程开轧温度为1145℃，盘条吐丝温度为850℃。

对生产的盘条进行性能测试，具体结果见表1。

实施例

按如下步骤制备盘条：

1）真空熔炼，熔炼过程加入0.80%硅铁（Si 含量≥72%）、1.20%锰铁（Mn含量80-85%）、0.88%金属锰、1.09%镍、0.080%海绵钛、0.036%碳粒、0.029%硫化铁对钢液进行脱氧及合金化；熔炼过程控制钢液中全铝含量0.013%，全氧含量0.0050％；熔炼过程中熔炼温度1670℃，出炉温度1580℃。

2）连铸：采用断面直径为260mm连铸圆钢坯。

3）连轧和线材轧制：将连铸坯经过连轧和线材轧制生产出直径5.5mm的合金钢盘条，在盘条生产过程开轧温度为1100℃，盘条吐丝温度为865℃。

对生产的盘条进行性能测试，具体结果见表1。

实施例

按如下步骤制备盘条：

1）真空熔炼，熔炼过程加入0.70%硅铁（Si 含量≥72%）、1.19%锰铁（Mn含量80-85%）、0.79%金属锰、1.18%镍、0.075%海绵钛、0.030%碳粒、0.026%硫化铁对钢液进行脱氧及合金化；熔炼过程控制钢液中全铝含量0.011%，全氧含量0.0062％；熔炼过程中熔炼温度1700℃，出炉温度1585℃。

2）连铸：采用断面直径为260mm连铸圆钢坯。

3）连轧和线材轧制：将连铸坯经过连轧和线材轧制生产出直径5.5mm的合金钢盘条，在盘条生产过程开轧温度为1130℃，盘条吐丝温度为906℃。

对生产的盘条进行性能测试，具体结果见表1。

表1是实施例1-4中所制备的成品盘条的元素分析、力学性能测试，及其所制备的焊丝的力学性能测试表格。

表1

Claims

1.一种高强管道钢焊接用盘条，其特征在于，所述盘条化学成分的质量百分比：C=0.055%，Si=0.28％，Mn=0.92％，Ni=1.05%,P≤0.015％，S≤0.010％，0.50％≤Ti≤0.10％，其余为铁和不可避免杂质；其中全铝含量≤0.017%，全氧含量≤0.010％；

所述盘条的直径为5.5mm，抗拉强度600-700Mpa，断后延伸率≥22%。

2.一种权利要求1所述高强管道钢焊接用盘条的制备方法，其特征在于，采用真空熔炼，熔炼过程加入质量百分比0.7%～0.9%硅铁、1%～1.3%锰铁、0.65%～0.95%金属锰、0.8%～1.2%镍、0.05%～0.1%海绵钛、0.02%～0.04%碳粒、0.025%～0.035%硫化铁对钢液进行脱氧及合金化；

熔炼过程控制钢液中全铝含量≤0.017%，全氧含量≤0.010％。

3.根据权利要求2所述一种高强管道钢焊接用盘条的制备方法，其特征在于，所述硅铁中Si含量为72～76%，所述锰铁中Mn含量为80～85%，硫化铁中FeS含量为87～89%。

4.根据权利要求2所述一种高强管道钢焊接用盘条的制备方法，其特征在于，熔炼过程中温度控制在1650～1700℃。

5.根据权利要求2所述一种高强管道钢焊接用盘条的制备方法，其特征在于，还包括连铸、连轧和线材轧制步骤；

连铸：采用断面直径为260mm连铸圆钢坯；

连轧和线材轧制：将连铸坯经过连轧和线材轧制生产出直径5.5mm的合金钢盘条，在盘条生产过程开轧温度为1100～1150℃，盘条吐丝温度为850～950℃。