专利名称：一种x80级管件用埋弧焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可进行焊后热加工的X80级埋弧焊丝，焊缝金属具有良好的淬透 性，适用于高钢级管件的焊接，特别适用于高压油、气输送管线用X80级厚壁管件母管的焊 接。
背景技术：
管件(三通、弯头等)是长输油气管线重要的组成部分。管件的生产不同于直管， 需要通过鼓包、拉拔等热成形。另外，为了恢复母管的力学性能，保证管件的整体性能，成形 完成后需要进行热处理(一般进行淬火+回火)。所以，管件焊缝往往在热处理态使用，而 直管焊缝在焊态使用。试验研究及生产实践表明，采用常用X80埋弧焊丝焊接的X80管件 母管，成品管件的焊缝性能很难达到要求，尤其是焊缝的韧性。目前，X80级别管线钢焊接用埋弧焊丝比较多，如中国专利号为ZL01106520.6、 ZL200410073353. 0、ZL200510018993. 6、ZL200610124514. 3、ZL200610145593. 6 的专利等。 采用以上焊丝焊接的焊缝，具有良好的焊态强韧性，完全能够达到X80直管的性能要求。但 是，采用以上焊丝焊接完成的焊缝不适合进行焊后热加工，X80管件生产中的热过程及焊 后调质处理会导致焊缝性能严重变化，尤其是焊缝的低温韧性严重偏低，以至于达不到X80 管件对焊缝的韧性要求。Q/SY GJX0130-2008《西气东输二线管道用DMOOmm及以上管件 技术条件》要求焊缝的-30°C冲击功不低于40J。到目前为止，还未见一种适合X80管件用的埋弧焊丝。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种适用于X80管件，工业上有助于高效生产的埋弧焊丝。实现本发明目的所涉及的X80管件用埋弧焊丝的化学成分按重量百分比为C 0. 04-0. 09，Mn :1. 00-1. 40，Si ^ 0. 05, Cr :0. 45-0. 70，Mo :0. 18-0. 50，Ni :1. 40-1. 90，Nb 0. 035-0. 065，Ti :0. 06-0. 12，V :0. 008-0. 016，余量为 Fe 及不可避免的杂质 S 彡 0. 005， P 彡 0. 022。本发明的埋弧焊丝以C-Mn合金系为基础，在此基础上加入了 Cr、Mo、Ni、Nb、Ti等 元素来提高热处理后焊缝的强韧性。以下对焊丝中各种合金元素的作用进行介绍C:焊丝中焊碳量的增加，可以增加焊缝中针状铁素体的含量，减少先共析铁素体 的含量，进而提高焊缝强度。但是，焊缝中过多的含碳量，会促进焊缝中贝氏体甚至马氏体 的形成，导致焊缝的抗裂性下降。焊丝中C是最重要的强化组元，也是致脆元素。所以，本 焊丝中含碳量控制在较低的水平，为0. 045-0. 090%。Mn =Mn是奥氏体稳定化元素，能够降低奥氏体向铁素体的转变温度。焊缝金属中 Mn充当固溶强化组元，增加Mn含量有助于细化晶粒，增加针状铁素体的含量，同时减少晶 界先共析铁素体和侧板条铁素体的含量，从而改善焊缝金属的韧性。在焊缝金属Mn还可以起到脱氧的作用，而且能够与硫反应生成稳定的MnS，从而防止低熔点相!^eS的生成，有利 于提高焊缝金属的抗热裂纹及层状撕裂的能力。但过多的Mn含量时，易于在晶界偏析，从 而导致残余奥氏体、马氏体等组织产生。为了保证焊缝的强韧性配合，本发明的焊丝中锰元 素含量控制在1.00-1. 40% 0Ni =Ni使γ区扩展，与Y "Fe形成无限固溶体，与α -Fe形成有限固溶体。Ni的 加入由于减小了奥氏体与铁素体的自由能差，使得、—α的转变温度明显降低，对贝氏体 转变有较大的推迟作用。在焊缝金属中M作为强化组元，通过晶粒细化和固溶强化获得强 化效果。M也是最好的韧化组元，作为合金元素能够显著改善焊缝金属的低温韧性。为了 发挥M的有利作用，在增加其含量的同时，应该降低碳含量和严格限制S、P含量。为了获 得高的强度和低温韧性，本发明的焊丝中镍含量控制在1. 40-1. 90%。Cr,Mo 铬、钼元素也是固溶强化元素，可以有效提高焊缝的淬透性。这两种元素的 作用与Mn元素相似，可以增加焊缝中针状铁素体含量，减少先共析铁素体含量。但当超过 一定数量时，会导致贝氏体或马氏体的形成。为了保证焊缝金属的强韧性匹配，Cr，Mo含量 分别控制在 0. 45-0. 70%，和 0. 18-0. 50%。Ti、Nb、V 作为微合金元素，通过细化晶粒，改变相变动力学和溶质原子过饱和状 态的脱溶以弥补降碳所损失的强度。Ti、Nb、V也是强碳、氮化物形成元素，而且碳、氮化物 的沉淀硬化容易造成韧脆转变温度的升高。Ti是焊缝金属中最重要的微合金元素，其化学 性质十分活泼，在焊缝中与0有很高的亲和力，形成高熔点的Ti203 ( ^ 1400°C )，能够强烈 促进铁素体的形核。Ti能够与氮元素生成高温下(> 1350°C )不易溶解的TiN颗粒相，能 够限制奥氏体晶粒的长大，促进针状铁素体形核，具有改善焊缝金属强韧性的作用。S、P :S、P是必须严格限制的杂质元素，尽量降低其含量有利于焊接性和韧性的改 善，现代冶炼技术已经能够将其控制在S彡0. 005%，P彡0. 022%。与本发明的焊丝配合使用的焊剂为SJ101、SJ102。SJ101、SJ102焊剂含有约20% 的SiO2，可以使焊缝中的Si含量维持较高的水平。过多的Si含量会对焊缝的韧性产生不 利的影响，为此，焊丝中Si含量取< 0. 05%。本发明的有益效果(1)本发明的焊丝化学成分的特点在于Mn含量控制在1.00-1. 40%，防止过量的 Mn元素在晶界偏析，导致残余奥氏体、马氏体等组织产生，降低焊缝的韧性；M含量控制在 1. 40-1. 90%,以提高焊缝的淬透性和低温韧性；Ti元素含量控制在0. 12-0. 18%,以最大 限度地发挥Ti元素细化奥氏体晶粒，提高焊缝韧性的功效。(2)本发明的焊丝焊接的焊缝，特别适合焊后热加工。通过焊后热处理，焊缝除 了具有高强度，还有良好的低温韧性；焊后890 V 930 V盐水淬，600 V 700°C回火后， 焊缝可以获得最佳的强韧性配合，焊缝抗拉强度达到750 810Mpa，焊缝-30°C冲击功 Akv ^ 90J,完全能够满足X80管件对焊缝的韧性要求；(3)本发明的焊丝，其焊缝的焊后热处理规范与X80管件钢热处理规范重合性良 好；(4)本发明的焊丝可进行厚板的焊接，板厚度可达到60mm ；(5)线能量适应范围宽，为20 35kJ/cm ；(6)焊后多次热过程或热处理后，焊缝仍能达到较高的强度和韧性。适合于需要进行焊后热处理的构件的焊接，特别适合于X80级别管件的焊接。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行进一步详述实施例1 用电炉冶炼本发明焊丝钢，冶炼后将焊丝钢拉拔成规格为Φ4πιπι的焊丝，经过表 面镀铜后成为成品焊丝。其化学成分(按照重量百分比计)为C :0. 065，Mn :1. 18，Si:
0.034，Cr 0. 62，Mo :0. 34，Ni :1. 48，Nb :0. 064，Ti :0. 083，V :0. 014 ；S :0. 0036，P :0. 0044，
余量为狗。本焊丝与CHFlOl焊剂配合使用，焊接电流 550A，电弧电压 35V，焊接速度 40cm/min，焊接线能量 25KJ/cm。焊后进行930°C盐水淬火，再进行650°C回火。熔敷金 属的力学性能为:Rel = 630MPa, Rm = 785MPa，A = 24%, Z = 65%，冲击功 Akv(_30°C )= U5J。实施例2 焊丝的成分同实施例1。与CHFlOl焊剂配合使用，焊接X80管件钢。试板厚度 52mm，采用角度为60°的X型坡口。焊接线能量为32KJ/cm。焊后热处理工艺930°C Xlh 10%盐水淬火，再进行650°C X4h回火。焊接接头的抗拉强度达到780MPa，焊缝金属的冲 击功 Akv(_30°C，1/2 厚度位置)=113J，AKV(-30°C，l/4 厚度位置)=123J。实施例3 本焊丝的制作同实施例1。其化学成分(按照重量百分比计)为C:0045，Mn
1.38，Si :0. 025, Cr :0. 48，Mo :0. 20，Ni :1. 88，Nb :0. 038，Ti :0. 11, V :0. 009 ；S :0. 0030，P
0.005，余量为Fe。与CHF102焊剂配合使用。焊接规范同实施例1。焊后热处理工艺890°C盐水淬 火，再进行620°C回火。熔敷金属的力学性能为Rel = 645MPa,Rm = 790MPa,A = 23%,Z = 62%，冲击功 AKV(-30°C ) = 135J。实施例4:焊丝的成分同实施例3。与CHF102焊剂配合使用，焊接X80管件钢。试板厚度 40mm，采用角度为60°的X型坡口。焊接线能量为^KJ/cm。焊后热处理工艺890°C Xlh 10%盐水淬火，再进行620°C X3h回火。焊接接头的抗拉强度达到765MPa，焊缝金属的冲 击功 Akv(_30°C，1/2 厚度位置)=122J，AKV(-30°C，l/4 厚度位置)=129J.实施例5 本焊丝的制作同实施例1。其化学成分(按照重量百分比计)为C :0. 082，Mn
1.25，Si 0. 02，Cr :0. 55，Mo :0. 58，Ni :1. 62，Nb :0. 052，Ti :0. 095，V :0. 012 ；S :0. 0035，P 0. 009，余量为Fe。与CHF102焊剂配合使用。焊接规范同实施例1。焊后热处理工艺910°C盐水淬 火，再进行680°C回火。熔敷金属的力学性能为Rel = 665MPa, Rm = 810MPa, A = 21%, Z =61%，冲击功 AKV(-30°C ) = IllJ0实施例6 焊丝的成分同实施例5。与CHF102焊剂配合使用，焊接X80管件钢。试板厚度52mm，采用角度为60°的X型坡口。焊接线能量为35KJ/cm。焊后热处理工艺910°C Xlh 10%盐水淬火，再进行680°C X4h回火。焊接接头的抗拉强度达到795MPa，焊缝金属的冲 击功 AKV(-30°C，1/2 厚度位置)=94J，，Akv(-301/4 厚度位置)=107J。
权利要求
1. 一种X80级管件用埋弧焊丝，其特征在于该焊丝的化学成分按重量百分比 为:C0. 04-0. 09，Mnl. 00-1. 40，Si ( 0. 05，CrO. 45-0. 70，MoO. 18-0. 50，Nil. 40-1. 90， NbO. 035-0. 065，TiO. 06-0. 12，V0. 008-0. 016，余量为 Fe 和不可避免的杂质 S 彡 0. 005， P 彡 0. 022。
全文摘要
本发明涉及一种X80管件用埋弧焊丝，按重量百分比，其焊丝的化学成分为C0.04-0.09，Mn1.00-1.40，Si≤0.05，Cr0.45-0.70，Mo0.18-0.50，Ni1.40-1.90，Nb0.035-0.065，Ti0.06-0.12，V0.008-0.016，余量为Fe；本焊丝与碱性烧结焊剂SJ101、SJ102匹配焊接，890℃～930℃盐水淬火+600℃～700℃回火后，焊缝可以获得最佳的强韧性配合，焊缝抗拉强度达到750～810MPa，焊缝-30℃冲击值Akv≥90J；特别适用于高压油、气输送管线用X80级厚壁管件母管的埋弧焊接。
文档编号B23K35/30GK102101221SQ20091024273
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者刘迎来, 池强, 牛靖, 王鹏 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所