CN116586822A - 一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝及其制备方法 - Google Patents
一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝及其制备方法 Download PDFInfo
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- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
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Abstract
本发明涉及一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝及其制备方法，属于冶炼及丝材制备领域。所述制备方法包括：将铁加入真空感应炉中冶炼成铁水，加入炉料继续冶炼形成钢水，调整钢水的化学组分后，再导入模具内，冷却得钢锭；将钢锭依次经过锻造、轧制和拉拔，制得实心焊丝。本发明首先将纯铁在真空炉中进行冶炼一次以降低S、P元素含量，保证后续再次进行冶炼时的钢水纯净度；其次，通过炉料进行冶炼以保证炉料不与铁水进行反应，从而保证铁水的纯净度；最后，通过合理的成分设计，使通过该铁水冶炼而成的焊丝具有较高的氢相容性及抗氢脆性。
Description
技术领域
本发明属于冶炼及丝材制备领域，特别涉及一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝及其制备方法。
背景技术
掺氢燃气是指将一定比例的氢气注入到天然气中与天然气混合形成一种混合气体。其中，中压掺氢燃气管道是指压力大于0.01MPa、小于0.4MPa、掺氢比例一般小于10%的管道。掺入氢气比例相同的情况下，压力越大其输送效率越高。
为保证中压掺氢燃气管道运输掺氢燃气运输时的安全性，处于整个管道安全最薄弱环节的焊接接头的熔敷金属力学性能，以及氢相容性及抗氢脆性的好坏关系着整个中压掺氢燃气管道运输安全。而现有关于掺氢燃气输送管道方面专利，如202110654808.1“一种中低压含氢管道实验系统及方法”、发明专利202011477933.1“一种掺氢天然气运输分离系统及其控制方法”、发明专利202011634936.1“一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法”等，只对掺氢/纯氢管道输送过程中的掺混、输送配送、分离提纯技术的流程进行了设计，很少涉及到掺氢燃气输送管道方面的研究，多数只对掺氢/纯氢管道输送过程中的掺混、输送配送、分离提纯技术的流程进行了设计。缺乏专门针对中压掺氢燃气输送管道用的实心焊丝的熔敷金属力学性能，以及氢相容性及抗氢脆性的研究。因此，亟需开发出一种适用于中压掺氢燃气输送管道的实心焊丝。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝及其制备方法。
本发明的第一个目的，通过以下技术方案实现：
一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝的制备方法，包括：
将铁加入真空感应炉中冶炼成铁水，加入炉料继续冶炼形成钢水，调整钢水的化学组分后，再导入模具内，冷却得钢锭；
将钢锭依次经过锻造、轧制和拉拔，制得实心焊丝；
其中，所述调整钢水的化学组分后，钢水的化学组分包含以下重量百分比的组分：
C：0.07％~0.10%；
Si：0.6％~1.0%；
Mn：1.2％~1.8%；
P：≤0.020%；
S：≤0.015%；
Cr：0.20%~0.30%；
Mo：0.35%~0.45%；
余量为Fe和不可预见的杂质。
进一步地，所述导入模具前钢水的温度控制在1500~1560℃。
进一步地，所述锻造具体工艺为：
将钢锭表面进行打磨，打磨后将钢锭加热至第一保温温度并保温，然后将钢锭锻造，得钢坯。
进一步地，所述第一保温温度为1050~1080℃。
进一步地，所述第一保温温度下的保温时间≥两小时。
进一步地，所述轧制具体工艺为：
将钢坯表面打磨，打磨后将钢坯进行加热至第二保温温度并保温，然后将钢锭连续轧制，得盘条。
进一步地，所述第二保温温度为1050~1080℃，所述第二保温温度下的保温时间≥两小时。
本发明的第二个目的，通过以下技术方案实现：
一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝，所述中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝由上述的制备方法制成。
进一步地，所述实心焊丝的直径为1.16mm~1.20mm。
进一步地，所述实心焊丝进行熔敷试板焊接后，熔敷金属力学性能为：室温测得的屈服强度460~500MPa，室温测得的抗拉强度540~612MPa，-40℃测得的冲击功80~95J。
本发明的有益效果：
本发明首先将纯铁在真空炉中进行冶炼一次以降低S、P元素含量，保证后续再次进行冶炼时的钢水纯净度；其次，通过炉料进行冶炼以保证炉料不与铁水进行反应，从而保证铁水的纯净度；最后，通过合理的成分设计，使通过该铁水冶炼而成的焊丝具有较高的氢相容性及抗氢脆性；
对各合金成分元素进行优化，使各元素达到一定的配比及相互作用，可以保证焊接后的熔敷金属性能保持在一个稳定的范围内，且成分的合理设计和科学配伍，保证了使用该焊丝焊接的接头具有良好的氢相容性和抗氢脆性；
本发明获得的实心焊丝进行熔敷试板焊接后，熔敷金属力学性能为：室温测得的屈服强度460~500MPa，室温测得的抗拉强度540~612MPa，-40℃测得的冲击功80~95J。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书中所指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
实心焊丝的制备：
步骤一、将铁加入真空感应炉中冶炼成铁水，加入炉料继续冶炼形成钢水，调整钢水的化学组分后，使得钢水的重量百分比成分：0.07%的C，0.7％的Si，1.4%的Mn，0.017%的P，0.008%的S，0.2%的Cr，0.35%的Mo，余量为Fe和不可预见的杂质，成分调整完成以后，再将目的钢水的温度控制在1510℃，随后倒入预先准备好的钢锭模内，冷却得钢锭；
步骤二、将钢锭冒口进行锯切，表面进行打磨至无肉眼可见缺陷后，放入加热炉内进行加热，保温温度为1050℃，保温时间两小时，然后采用液压式锻造机进行锻造，得钢坯；
步骤三、将锻造好的钢坯进行表面打磨至金属光泽且无肉眼可见缺陷，放入加热炉内进行加热，保温温度为1050℃，保温时间两小时，然后采用连续式轧机轧制成公称尺寸Φ6.40~6.60mm的盘条，轧制后的盘条放入沙坑进行缓冷，得盘条；
步骤四、采用固定式模具对盘条进行拉拔减径，拉拔至Φ1.23mm时进行表面清洗并镀铜至Φ1.20mm成品、层绕。
实施例2
实心焊丝的制备：
步骤一、将铁加入真空感应炉中冶炼成铁水，加入炉料继续冶炼形成钢水，调整钢水的化学组分后，使得钢水的重量百分比成分：0.08%的C，0.9％的Si，1.4%的Mn，0.017%的P，0.008%的S，0.25%的Cr，0.40%的Mo，余量为Fe和不可预见的杂质，成分调整完成以后，再将目的钢水的温度控制在1530℃，随后倒入预先准备好的钢锭模内，冷却得钢锭；
步骤二、将钢锭冒口进行锯切，表面进行打磨至无肉眼可见缺陷后，放入加热炉内进行加热，保温温度为1065℃，保温时间不低于2.5小时，然后采购液压式锻造机进行锻造，得钢坯；
步骤三、将锻造好的钢坯进行表面打磨至金属光泽且无肉眼可见缺陷，放入加热炉内进行加热，保温温度为1065℃，保温时间不低于2.5小时，然后采用连续式轧机轧制成公称尺寸Φ6.40~6.60mm的盘条，轧制后的盘条放入沙坑进行缓冷，得盘条；
步骤四、采用固定式模具对盘条进行拉拔减径，拉拔至Φ1.23mm时进行表面清洗并镀铜至Φ1.16~1.20mm成品、层绕，即可。
实施例3
实心焊丝的制备：
步骤一、将铁加入真空感应炉中冶炼成铁水，加入炉料继续冶炼形成钢水，调整钢水的化学组分后，使得钢水的重量百分比成分：0.07%的C，0.7％的Si，1.4%的Mn，0.017%的P，0.008%的S，0.2%的Cr，0.35%的Mo，余量为Fe和不可预见的杂质，成分调整完成以后，再将目的钢水的温度控制在1530℃，随后入预先准备好的钢锭模内，冷却得钢锭；
步骤二、将钢锭冒口进行锯切，表面进行打磨至无肉眼可见缺陷后，放入加热炉内进行加热，保温温度为1065℃，保温时间不低于2.5小时，然后采购液压式锻造机进行锻造，得钢坯；
步骤三、将锻造好的钢坯进行表面打磨至金属光泽且无肉眼可见缺陷，放入加热炉内进行加热，保温温度为1065℃，保温时间不低于2.5小时，然后采用连续式轧机轧制成公称尺寸Φ6.40~6.60mm的盘条，轧制后的盘条放入沙坑进行缓冷。
步骤四、采用固定式模具对盘条进行拉拔减径，拉拔至Φ1.23mm时进行表面清洗并镀铜至Φ1.16~1.20mm成品、层绕，即可。
对比例1
实心焊丝的制备：
与实施例1相比，区别之处在于：步骤一、将纯铁和炉料加入真空感应炉中冶炼成钢水，调整钢水的化学组分后，使得钢水的重量百分比成分：0.07%的C，0.7％的Si，1.4%的Mn，0.017%的P，0.008%的S，0.2%的Cr，0.35%的Mo，余量为Fe和不可预见的杂质，再将目的钢水的温度控制在1510℃，随后倒入预先准备好的钢锭模内，冷却得钢锭，其余相同。
对比例2
实心焊丝的制备：
与实施例1相比，区别之处在于：所述目的钢水的重量百分比成分：0.07%的C，0.7％的Si，1.4%的Mn，0.017%的P，0.008%的S，0.15%的Cr，0.35%的Mo，余量为Fe和不可预见的杂质，其余相同。
对比例3
实心焊丝的制备：
与实施例1相比，区别之处在于：所述目的钢水的重量百分比成分：0.07%的C，0.7％的Si，1.4%的Mn，0.017%的P，0.008%的S，0.2%的Cr，0.30%的Mo，余量为Fe和不可预见的杂质，其余相同。
对比例4
实心焊丝的制备：
与实施例1相比，区别之处在于：所述目的钢水的重量百分比成分：0.07%的C，0.7％的Si，0.8%的Mn，0.017%的P，0.008%的S，0.15%的Cr，0.35%的Mo，余量为Fe和不可预见的杂质，其余相同。
分别采用实施例1-3和对比例1-4获得的焊丝进行熔敷试板焊接，并测得熔敷金属力学性能如表1所示。
表1
表1中，Rp0.2表示屈服强度，Rm表示抗拉强度，A(%)表示断后伸长率，Akv表示冲击功，屈服强度和抗拉强度的测试温度为室温。
从表1中的数据可以看出采用实施例1-3获得的焊丝熔敷金属力学性能较为稳定，其屈服强度处于460~500MPa范围内，抗拉强度处于540~612MPa范围内，冲击强度处于80~95J范围内，而对比例1-4获得的焊丝熔敷金属力学性能中强度变化不大，但韧性有所降低，对管道使用来说有存在安全隐患。
分别将实施例1-3和对比例1-4获得的焊丝应用于两个管道的焊接，将焊头按照《ISO 11114-4-2005 移动气瓶 气瓶和瓶阀材料与盛装气体的相容性 第4部分：选择耐氢脆金属材料的试验方法》标准中的方法A进行测试，焊接接头的氢脆化指数i数值如表2所示。
表2
其中，i=1时，材料中不存在氢脆；1<i≤2，材料具有一定抗氢脆能力；i>2时，材料氢脆严重；
从表2中的数据可以看出，实施例1-3获得的焊丝的具有良好的抗氢脆能力，对比例1-4所得的焊丝的氢脆严重不适用于中压掺氢燃气输送管道使用。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝的制备方法，其特征在于，包括：
将铁加入真空感应炉中冶炼成铁水，加入炉料继续冶炼形成钢水，调整钢水的化学组分后，再导入模具内，冷却得钢锭；
将钢锭依次经过锻造、轧制和拉拔，制得实心焊丝；
其中，所述调整钢水的化学组分后，钢水的化学组分包含以下重量百分比的组分：
C：0.07％~0.10%；
Si：0.6％~1.0%；
Mn：1.2％~1.8%；
P：≤0.020%；
S：≤0.015%；
Cr：0.20%~0.30%；
Mo：0.35%~0.45%；
余量为Fe和不可预见的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝的制备方法，其特征在于，所述导入模具前钢水的温度控制在1500~1560℃。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝的制备方法，其特征在于，所述锻造具体工艺为：
将钢锭表面进行打磨，打磨后将钢锭加热至第一保温温度并保温，然后将钢锭锻造，得钢坯。
4.根据权利要求3所述的一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝的制备方法，其特征在于，所述第一保温温度为1050~1080℃。
5.根据权利要求3所述的一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝的制备方法，其特征在于，所述第一保温温度下的保温时间≥两小时。
6.根据权利要求3所述的一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝的制备方法，其特征在于，所述轧制具体工艺为：
将钢坯表面打磨，打磨后将钢坯进行加热至第二保温温度并保温，然后将钢锭连续轧制，得盘条。
7.根据权利要求6所述的一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝的制备方法，其特征在于，所述第二保温温度为1050~1080℃，所述第二保温温度下的保温时间≥两小时。
8.一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝，其特征在于，所述中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝由权利要求1-7任一项所述的制备方法制成。
9.根据权利要求8所述的一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝，其特征在于，所述实心焊丝的直径为1.16mm~1.20mm。
10.根据权利要求8或9所述的一种中压掺氢燃气输送管道用实心焊丝，其特征在于，所述实心焊丝进行熔敷试板焊接后，熔敷金属力学性能为：室温测得的屈服强度460~500MPa，室温测得的抗拉强度540~612MPa，-40℃测得的冲击功80~95J。
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