深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝的制作方法
【专利摘要】一种深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝，由下列成分按质量百分比制成：C0.04-0.09%，Si0.1-0.3%，Mn1.6-1.8%，Mo0.3-0.5%,Ni0.15-0.5%，Ti0.04-0.12%，B0.004-0.01%，P＜0.012%，S＜0.003%，余量为铁。本发明具有成分合理，性能可靠的优点，该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝属Mn-Mo-Ti-Ni-B的合金体系，具有多元合金的特性，它能调整焊缝金属的成分，提高焊缝的力学性能。将该焊丝应用于厚壁深海管道焊接时，其焊缝低温冲击韧性、低温CTOD性能良好，在-20℃下，焊缝和融合线的夏比冲击吸收功不仅满足需求，且有较大富余量。本发明改善了现有深海管道堆焊焊接材料的不足，具有很好的经济效益和社会效益。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属焊接材料，尤其是涉及一种深海管道焊接用高强韧埋弧焊 丝。 深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝
【背景技术】
[0002] 我国拥有广阔的海洋面积，所蕴含的海洋油气资源非常丰富。如南海的石油和天 然气储量，相当于我国油气总资源的三分之一，对海洋油田的开发是非常重要的。海洋油田 普遍使用海底输送管线来输送油气等资源。海底管道的工作环境很恶劣，它不仅承受较大 的内压，还要经受海水的外压以及风、浪、流、冰和地震等环境荷载造成管道平移和振动作 用。因此要求海底管道具有抗大变形的能力、要求钢管强度高、壁厚、直径小和优异的断裂 韧性，满足裂纹尖端张开位移CT0D、落锤撕裂试验DWTT和夏比冲击试验CVN等性能指标的 要求。
[0003] 管线钢管的韧性是管线钢管的最重要的性能之一，它是管线钢管安全性的保证。 但是采用现有埋弧焊焊接材料对材质为SMY450F/X65的深海管道进行焊接时，经常发生焊 缝中心和融合线的夏比冲击吸收功偏低，甚至达不到标准要求的现象，而且焊缝的低温冲 击韧性也很差，甚至在焊接接头的横向拉伸试验时发生焊缝断裂的现象，无法满足质量要 求。为此，开发出一种深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝是非常有必要的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种深海管道用埋弧焊焊丝，以改善使用现有埋弧焊接材料 对深海管道进行焊接时存在的焊缝中心和融合线夏比冲击吸收功偏低、焊缝低温冲击韧性 差、焊接接头横向拉伸时焊缝断裂等技术问题。
[0005] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一深海管道焊接用 高强韧埋弧焊丝，由下列成分按质量百分比制成： C0. 04-0. 09%，SiO. 1-0. 3%，Mnl. 6-1. 8%，Μ〇0· 3-0. 5%, NiO. 15-0. 5%，TiO. 04-0. 12%， BO. 004-0. 01%，P < 0· 012%，S < 0· 003%，余量为铁。
[0006] 在本发明化学成分中，C元素的含量对焊缝的强韧塑性及其组织均有较大的影响。 当C含量较低时，焊缝强度较低，焊缝金属中铁素体比例较高；当C含量较高时，焊缝韧性和 塑性下降，焊缝中珠光体比例增加，影响焊缝中针状铁素体含量。
[0007] -定含量的Si在焊接时可以使焊缝金属镇静，加快熔池金属的脱氧过程，保证焊 缝的致密性，同时也提高了焊缝的强度。但过量的Si含量，容易形成硅酸盐夹杂，还易出现 娃裂。
[0008] Μη是焊缝强韧化的有效元素。Μη可以细化晶粒，提高焊缝的低温冲击韧性，并有 脱氧脱硫作用。同时Μη的加入可以改善因降碳而引起的强度下降。
[0009] 焊缝中含有一定量的Mo元素有利于提高焊缝中针状铁素体的含量，减少先共析 铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用提高焊缝的强韧性。Mo还是强化晶界的元素，有助于 提高焊缝抗热蠕变强度。
[0010] Ni有助于提高焊缝金属的韧性，降低韧脆转变温度。此外，Ni还能有效的阻止Cu 的热脆性引起的网裂，并有显著提高钢和焊缝的耐腐蚀的性能。但过高的Ni含量，在大线 能量焊接时，与焊缝中的B形成低熔共晶，从而大大降低焊缝的冲击韧性。
[0011] Ti是一种在焊接峰体下能通过TiO和TiN而控制晶粒长大的有效元素。，且TiO和 TiN均能促使焊缝中的针状铁素体形成，从而使焊缝的韧性提高，但若Ti过量，形成大量的 TiC和TiN质点，将使韧性降低。
[0012] 在焊缝中加入微量的B可以强化晶界，并且能和一定比例的Ti相互作用起到很强 的细化晶粒的作用，从而提高焊缝的低温韧性。微量的B在超低碳的情况下，可获得B贝氏 体组织，提高焊缝的强度。但B过量，将产生热脆现象，使韧性降低。
[0013] S、P是焊缝中的主要有害元素，他们显著的降低焊缝金属的低温冲击韧性和塑性。 为了消除S对焊缝的热脆和P对焊缝冷脆作用，焊丝钢冶炼时应尽量降低S、P的含量，焊缝 中S的含量应低于0. 003%，P的含量应低于0. 012%。
[0014] 本发明具有成分合理，性能可靠的优点，该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝属 Mn-Mo-Ti-Ni-B的合金体系，具有多元合金的特性，它能调整焊缝金属的成分，提高焊缝的 力学性能。将该焊丝应用于厚壁深海管道焊接时，其焊缝低温冲击韧性、低温CT0D性能良 好，在-20°C下，焊缝和融合线的夏比冲击吸收功不仅满足需求，且有较大富余量。本发明改 善了现有深海管道堆焊焊接材料的不足，具有很好的经济效益和社会效益。
【具体实施方式】
[0015] 下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0016] 实施例1 :在电炉中冶炼该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝：C0. 04%，SiO. 1%， Mnl. 6%，Μ〇0· 3%, NiO. 15%，TiO. 04%，Β0· 004%，P < 0· 012%，S < 0· 003%，余量为铁。焊丝经 放线、剥壳、除锈、清洗、涂硼、烘干、拉拔、收线工序制得成品。
[0017] 实施例2 :在电炉中冶炼该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝：C0. 06%，SiO. 2%， Mnl. 7%，Μ〇0· 4%, NiO. 33%，TiO. 08%，Β0· 007%，P < 0· 012%，S < 0· 003%，余量为铁。焊丝经 放线、剥壳、除锈、清洗、涂硼、烘干、拉拔、收线工序制得成品。
[0018] 实施例3 :在电炉中冶炼该深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝：C0. 09%，SiO. 3%， Mnl. 8%，Μ〇0· 3-0. 5%, NiO. 5%，TiO. 12%，Β0· 01%，P < 0· 012%，S < 0· 003%，余量为铁。焊丝 经放线、剥壳、除锈、清洗、涂硼、烘干、拉拔、收线工序制得成品。
[0019] 为了验证本发明的效果，分别对实施例1-3所制得的深海管道焊接用高强韧埋弧 焊丝进行实验。
[0020] 1.熔敷金属焊接实验：选用各实施例制得的埋弧焊丝按GB/T12470-2003进行熔 敷金属焊接实验，实验母材(包括垫板)为X65,壁厚20mm，垫板厚12mm。焊剂为宝鸡宇生焊 材公司生产的SJ102G，对焊丝进行熔敷金属焊接实验，焊接方法为单丝埋弧焊，共7层，20 道。实验结果如表1、表2所示。
[0021] 表1焊缝的化学成分和焊丝化学成分实测wt% 丨元素 I C I Si I Μη I P I S I Cr I Hi I Mo 实!磨敷金属 0-03 〇 22 1.43 0.012 0.0023 0.08 0.11 0.235 施焊丝实测 0.04 0.10 1.61 0.010 0.001 / 0.16 0.31 例 元素 lb Ti ~ Cu A1 B ' Η / 1 敷金属 0.001 0.0OT 0.022 0.12 0.012 0.001 0.004 / 焊丝实测 / / 0.04 / / 0.004 / / 元素 C Si Μη P S Cr Mi Ιο 实 g敷金属 0.04 0.28 1.53 0.016 0.0039 0.08 0.2 0.292 施焊丝实测 〇·〇6 0.19~ 1.76 ~0.011 0.001 / ' 0,24 0.38 例 15? ~ lb V - Ti -Cu ___ A1 - B H / 2 敷金 g 0.001 0 00? 0.02 0.12 0.012 0.002 0.006 / -焊丝实测-/ / 0.061 7^ / ~0.008 / - / 元素 C Si Hn F S Cr Hi Ho 实 _敷金属 0.05 0.35 1.55 0.016 0.0042 0.08 0.38 0.35 施焊丝实测 0,09 0.29 1.79 0.011 0.002 / 0,42 0,49 例 元素 Mb ? - Ti Cu A1 B ' H / 3 熔敷金麗 0 001 0· 0OT 0.04 0.12 0.012 0.003 0.008 / I 焊丝实测 I / / I 0.11 I / / 1 0.01 1 / / 表2焊缝圆棒拉伸性能和冲击吸收功 I更bl*冲牛 广八 屈服强度拉伸强度 伸长率 屈强比 区分 , 吸收功 Ri〇 s MPs R* MPa % Rt〇 §/Κ? -4〇TC (J) 实施例 1 572 632 29 0.91 61 实施例 2 580 645 30 0.90 63 实施例 3 589 658 31.5 0.895 66 2.深海管道四丝内外埋弧焊实验：分别将实施例1-3制得的埋弧焊丝应用于现有X65 深海管道(南京钢铁股份有限公司生产)焊接，钢管规格为Φ 558. 8 X 27mm。先对管道进行预 焊，预焊焊丝为CHW-60C (四川大西洋焊接材料股份有限公司生产)，保护气体为二氧化碳， 然后采用本发明的焊丝进行双面埋弧焊，实验结果如表3所示。
[0022] 表3实施例1-3四丝内外埋弧焊对比
【权利要求】
1. 一深海管道焊接用高强韧埋弧焊丝，其特征是该埋弧焊丝由下列成分按质量百分比 制成： C0. 04-0. 09%，SiO. 1-0. 3%，Mnl. 6-1. 8%，Μ〇0· 3-0. 5%, NiO. 15-0. 5%，TiO. 04-0. 12%， BO. 004-0. 01%，P < 0· 012%，S < 0· 003%，余量为铁。
【文档编号】B23K35/24GK104107988SQ201310140100
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】樊兴龙, 刘世泽, 鲁科明, 董春明 申请人:湖北猴王焊材有限公司