一种管线用低成本抗H₂S埋弧焊丝的制作方法

专利名称：一种管线用低成本抗H₂S埋弧焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及埋弧焊丝，具体涉及一种管线用低成本抗H2S埋弧焊丝，其通过与碱性 焊剂的匹配，可以实现对X52 X65级别抗H2S管线钢的焊接，具有优良的力学性能和耐腐 蚀性能。
背景技术：
石油、天然气是社会发展的基础能源物质，而采用管道输送石油、天然气是最经济 的方法。经过长期的发展，目前管线钢正逐步向高强高韧、抗H2S腐蚀、以及深海用管等几 个方向延伸。特别是抗H2S腐蚀焊管一般都有一些比较苛刻的附加要求，如抗氢致开裂性 能(HIC)、抗硫化物应力腐蚀性能(SSCC)，同时，对强度和硬度的范围要求比较严格。在制 管行业内，埋弧焊接方法是最高效的理想焊接方法，因此，要求采用的埋弧焊丝和焊剂焊接 的焊缝也具有同母材匹配的力学性能和耐腐蚀性能。
中国专利CN1068528公开的埋弧焊丝H08MnMoTiB是国内使用最广泛的埋弧焊丝， 该焊丝与SJlOl焊剂匹配能够获得良好的焊缝冲击韧性以及抗拉强度，在陕京线、陕京二 线、西气东输一线等国家重大输气管线中得到了大量的应用，并获得良好的效果。该焊丝 匹配管线钢的等级主要范围在X60 X70之间，能够满足目前市场上大部分普通输油输气 焊管的性能要求，但是，焊缝的强度以及硬度都比较高，难于满足要求比较特殊的焊管的要 求，例如X52和X60抗H2S腐蚀焊管。
目前，国内大多数管线用埋弧焊丝匹配的管线钢钢级在X70及以下，其中包括中 国专利 CN1068528、CN1273897、CN1077152、CN1305879、CN1714985 等;匹配 X80 级别管线 钢的埋弧焊丝如中国专利CN1376553A、CN101104229和CN102161139 ;匹配X80以上管线 钢的埋弧焊丝如中国专利CN1919524和CN101733584。其中，匹配X80及以上管线钢的埋 弧焊丝的特点就是高强高韧设计，但是，这些埋弧焊死与X52 X65级别的管线钢难于做到 等强匹配，同时硬度也非常高。在匹配X70及以下的埋弧焊丝中，只有中国专利CN1273897 是专门针对抗H2S腐蚀管线钢设计的埋弧焊丝，该埋弧焊丝的化学成分为CO. 01-0. 08% ； SiO. 05-0. 5%；Mnl. 20-1. 80%；P < O. 010%；S < O. 005%；Ti0. 03-0. 15%；CuO. 20-0. 50%； NiO. 03-0. 50% ；B0. 004-0. 008% ；Mo0. 20-0. 55% ;其余为 Fe，其成分设计主要依靠 Mn、Mo 提高焊缝金属强度，其屈服强度达到520MPa以上，能够满足X70的强度要求。但是其并没 有HIC和SSCC试验结果，因此，埋弧焊丝最终的抗H2S腐蚀效果不得而知。发明内容
本发明的目的是提供一种管线用低成本抗H2S埋弧焊丝，该埋弧焊丝与碱性焊剂 SJlOl匹配时能够获得适应X52 X65管线钢焊接接头要求的焊缝，焊缝金属强度匹配，焊 缝金属_20°C冲击功> 120J，并具备优良的耐腐蚀性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是
一种管线用低成本抗H2S埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为C0.03-0.08% ；SiO. 10-0. 30% ；MnO. 80-1. 20% ；P < O. 010% ；S < O. 005% ；Ti0-0. 20% ；CuO. 05-0. 30% ；NiO. 10-0. 30% ;其余为Fe及不可避免杂质；其中，C+Mn/10控制在O. 15-0. 17%范围内， Cu+Ni控制在O. 3-0. 4 %范围内。
本发明的成分设计中
C元素含量对焊缝的强度和韧性具有较大的影响。当C含量较低时，焊缝强度较 低，铁素体比例增加，韧性较高。当C含量较高时，焊缝强度增加，珠光体比例增加，焊缝韧 性下降。将C含量控制在O. 03-0. 08%，用来提高焊缝的韧性和抗氢裂倾向。
Mn可以起脱氧作用，防止导致热裂纹产生的碳化铁夹杂物形成，促使铁素体晶粒 和碳化物细化，从而提高焊缝的强度和韧性。本发明中Mn含量控制在较低的水平，主要用 来调节焊缝强度，适应X52 X65级别的强度要求。所以，将Mn含量控制在O. 80-1. 20%.
加入适量Si可以脱氧，弥补低Mn在脱氧方面的欠缺，提高焊缝的韧性。所以，将 Si含量控制在O. 10-0. 30%。
Ni在焊缝金属中作为强化元素，通过晶粒细化和固溶强化提高焊缝的强度，同时 也能降低焊缝金属的韧脆转变温度。而且Ni本身对酸类具有良好的耐腐蚀性，是本发明中 一个重要的控制元素，因此，将Ni含量控制在O. 10-0. 30%。
Cu是一个非常重要的提高耐腐蚀性能元素，但是Cu含量超过1. 0%时会大幅度降 低焊缝的韧性，Cu含量在O. 15-0. 85%之间对焊缝金属既能强化又能韧化，还能提高焊接 接头的耐腐蚀性，考虑到成本因素，Cu含量控制在O. 05-0. 30%。
Ti与奥氏体中的N反应生成TiN颗粒，TiN具有很低的溶解度，在焊缝中形成很细 的弥散物，可以有效的阻止晶粒长大，同时成为针状铁素体的形核核心，大大提高焊缝的韧 性。所以，将Ti含量控制在0-0. 20%。
S、P是焊缝中的主要有害元素，将会降低焊缝金属的低温韧性，同时也会降低焊缝 的抗H2S应力腐蚀性能，尽量控制在一个较低的水平，其中，S < O. 005%, P < 0.01%。
本发明设计的核心是保证埋弧焊丝在满足X52 X65管线钢力学性能要求的前 提下，最大限度的减少合金含量，并实现抗H2S腐蚀的目的。因此，采用低C来提高焊缝的 韧性，同时将C+Mn/10的值控制在O. 15-0. 17%之间，在低碳情况下，此配比区间的C、Mn组 合能够将焊缝屈服强度控制在500MPa以下，并获得良好的强度和韧性平衡，以及较低的硬 度，有利于提高耐腐蚀性；Cu和Ni是主要的耐腐蚀元素，在分别控制Cu、Ni成分范围的基 础上，将Cu+Ni控制在O. 3-0. 4%之间，这既能保证焊缝具有较高的韧性又能获得理想的耐 腐蚀效果；Si起脱氧的作用，与Ti结合使用有利于形成TiN，提高焊缝的韧性；S、P控制在 一个较低的水平，可以减少偏析，提高抗H2S应力腐蚀性能。
本发明的有益效果
1.本发明埋弧焊丝中Mn含量较低，且C+Mn/10的值控制在O. 15-0. 17%内，保证 焊丝与碱性烧结焊剂匹配焊接，能很好地将所得熔敷金属屈服强度控制在400 500MPa， 完全符合X52 X65管线钢焊接接头要求，且，焊缝抗拉强度Rm > 460MPa,焊缝冲击韧性J > 120J (-20 0C )。
2.本发明埋弧焊丝在分别控制Cu、Ni成分范围的基础上，将Cu+Ni控制在O.3-0. 4%之间，保证焊丝与碱性烧结焊剂匹配后，对抗H2S管线钢焊接的焊缝具有较高的 韧性又能获得优良的抗H2S耐腐蚀性能。
3.本发明埋弧焊丝的合金含量大大降低，焊前不需预热，焊后不用热处理，适用于单道焊和多道焊，生产成本大大减少。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
根据本发明的化学成分范围，冶炼5炉焊丝钢，其焊丝成分见表I，拉拔成直径4mm 的焊丝，与碱性烧结焊剂SJlOlG匹配，进行熔敷金属焊接。焊缝金属性能如表2所示。
表I焊丝化学成分单位重量百分比
权利要求
1.一种管线用低成本抗H2S埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为C0.03-0.08% ； SiO. 10-0. 30% ；MnO. 80-.1. 20% ；P < O. 010% ；S < 0. 005% ；Ti0-0. 20% ；CuO. 05-0. 30% ； NiO. 10-0. 30% ;其余为Fe及不可避免杂质；其中，C+Mn/10控制在O. 15-0. 17%范围内， Cu+Ni控制在O. 3-0. 4 %范围内。
全文摘要
一种管线用低成本抗H2S埋弧焊丝，其化学成分重量百分比为C0.03-0.08％；Si0.10-0.30％；Mn0.80-1.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti0-0.20％；Cu0.05-0.30％；Ni0.10-0.30％；其余为Fe及不可避免杂质；其中，C+Mn/10控制在0.15-0.17％范围内，Cu+Ni控制在0.3-0.4％范围内。本发明的埋弧焊丝与碱性焊剂SJ101匹配时，能够获得适应X52～X65管线钢焊接接头要求的焊缝，焊缝屈服强度介于400～500MPa，焊缝抗拉强度＞460MPa，焊缝伸长率≥36％，焊缝冲击韧性＞120J(-20℃)，并具备优良的抗H2S耐腐蚀性能。
文档编号B23K35/34GK103056555SQ201310024518
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者曹能, 钱伟方, 刘硕, 庄祥弟, 黄卫锋, 郭胜 申请人:宝山钢铁股份有限公司