一种埋弧焊丝及其制备方法和应用

本发明涉及特种焊接材料，尤其涉及一种埋弧焊丝及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，随着我国工业经济的快速发展，被誉为“工业血液”的石油能源的需求量不断激增，并已经成为我国主要的能源消耗品。随着石油需求量的不断增加，储罐的应用量持续增加，因在服役过程中经常受到各种有害介质的腐蚀而导致的安全运行问题日益突出。原油本身是不具有腐蚀金属材质的特征，但原油中含有大量的无机盐、硫化物、氮化物、有机酸、氧、二氧化硫和水分等物质。经过长期储存，原油沉淀，在储罐的下底板形成富含酸性高cl-的沉积水环境，大大缩短了油罐正常的使用寿命，且一旦油罐腐蚀穿孔造成原油外泄，不但造成重大火灾及爆炸事故，影响生产的正常运行，还有可能造成环境污染。原油储罐的结构基本上是通过焊接完成的，而焊接接头各部分在组织和成分上呈现出较大的不均匀性，从而使得接头耐蚀性能低于母材。因此能够同时满足较好焊接性和耐蚀性的耐蚀原油储罐焊材的开发备受关注。

2、目前原油储罐领域12mnnivr钢配套的埋弧焊焊丝例如h08a，其主要成分为c≤0.10％，mn0.30～0.60％，si≤0.03％，cu≤0.20％，为常规焊丝不具有耐蚀性，采用国际海事组织imo《原油油船货油舱耐腐蚀钢材检验指南》标准，ph＝0.85，10％nacl水溶液加速腐蚀模拟环境下，其平均年腐蚀速率为2.1mm/a，母材与焊缝出现腐蚀台阶，且大于30μm，远远超出平均年腐蚀速率1mm/a，腐蚀台阶不超过30μm的标准。因此，如何在保证埋弧焊丝低温韧性的前提下提高耐腐性能成为本领域亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种埋弧焊丝及其制备方法和应用。本发明提供的埋弧焊丝具备优异的耐腐蚀性能和低温韧性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种埋弧焊丝，化学成分按质量百分比计包括c0.03～0.06％、si0.20～0.40％、mn 1.00～1.40％、p≤0.012％、s≤0.005％、ni0.1～0.6％、mo 0.10～0.30％、cu 0.20～0.40％、ti 0.02～0.06％、ce 0.01～0.05％、mg≤0.005％、sn 0.01～0.03％和余量的fe；

4、所述c、si、mn、cu、ni、mo、sn和ti的含量满足以下条件：1.2≤cs≤1.8，3.0≤tg≤3.8，所述cs＝(2[si]+1[ni]+3[mo]+5[cu]+25[sn]-10[c])/(5[c]+[mn]+2[mo]+[ni])，所述tg＝(2[mn]+6[ni]+3[mo]+20[ti]+40[ce])/(2[si]+70[sn])。

5、优选地，化学成分按质量百分比计包括c 0.035～0.055％、si 0.30～0.40％、mn1.10～1.30％、p≤0.012％、s≤0.005％、ni 0.15～0.5％、mo 0.15～0.25％、cu 0.25～0.35％、ti 0.04～0.05％、ce 0.02～0.04％、mg≤0.003％、sn 0.02～0.025％和余量的fe。

6、优选地，化学成分按质量百分比计包括c 0.040～0.045％、si 0.35～0.40％、mn1.20～1.25％、p≤0.012％、s≤0.005％、ni 0.20～0.25％、mo 0.20～0.25％、cu 0.30～0.35％、ti 0.04～0.05％、ce 0.03～0.04％、mg 0.001～0.003％、sn0.02～0.025％和余量的fe。

7、优选地，所述1.3≤cs≤1.6，3.0≤tg≤3.6。

8、本发明还提供了上述技术方案所述埋弧焊丝的制备方法，包括以下步骤：

9、(1)将合金原料依次进行熔炼、浇铸、锻造和热轧，得到盘条；

10、(2)将所述步骤(1)得到的盘条依次进行粗拉丝、精拉丝和镀铜，得到埋弧焊丝。

11、优选地，所述步骤(1)中浇铸完成后锻造前还包括保温。

12、优选地，所述保温的温度为1180～1220℃，所述保温的时间为2h。

13、优选地，所述步骤(1)中热轧的温度为1180～1220℃，所述热轧的总变形量为60～80％。

14、优选地，所述热轧的温度为1200℃。

15、本发明还提供了上述技术方案所述埋弧焊丝或上述技术方案所述制备方法制备得到的埋弧焊丝在原油储罐内底板中的应用。

16、本发明提供了一种埋弧焊丝，化学成分按质量百分比计包括c0.03～0.06％、si0.20～0.40％、mn 1.00～1.40％、p≤0.012％、s≤0.005％、ni0.1～0.6％、mo 0.10～0.30％、cu 0.20～0.40％、ti 0.02～0.06％、ce 0.01～0.05％、mg≤0.005％、sn 0.01～0.03％和余量的fe；所述c、si、mn、cu、ni、mo、sn和ti的含量满足以下条件：1.2≤cs≤1.8，3.0≤tg≤3.8，所述cs＝(2[si]+1[ni]+3[mo]+5[cu]+25[sn]-10[c])/(5[c]+[mn]+2[mo]+[ni])，所述tg＝(2[mn]+6[ni]+3[mo]+20[ti]+40[ce])/(2[si]+70[sn])。本发明采用si-ni-mo-cu-sn合金体系提高了基体和晶界的腐蚀性；通过控制cs和tg的范围，采用细晶强化和诱导形核技术，可显著改善焊缝金属的低温韧性。实验结果表明，本发明提供的埋弧焊丝焊缝平均年腐蚀速率为0.55～0.68mm/a，母材与焊缝的腐蚀台阶为8～22μm，熔敷金属-20℃冲击吸收功kv2不低于80j。

技术特征：

1.一种埋弧焊丝，化学成分按质量百分比计包括c 0.03～0.06％、si0.20～0.40％、mn1.00～1.40％、p≤0.012％、s≤0.005％、ni 0.1～0.6％、mo0.10～0.30％、cu 0.20～0.40％、ti 0.02～0.06％、ce 0.01～0.05％、mg≤0.005％、sn 0.01～0.03％和余量的fe；

2.根据权利要求1所述的埋弧焊丝，其特征在于，化学成分按质量百分比计包括c0.035～0.055％、si 0.30～0.40％、mn 1.10～1.30％、p≤0.012％、s≤0.005％、ni 0.15～0.5％、mo 0.15～0.25％、cu 0.25～0.35％、ti 0.04～0.05％、ce 0.02～0.04％、mg≤0.003％、sn 0.02～0.025％和余量的fe。

3.根据权利要求2所述的埋弧焊丝，其特征在于，化学成分按质量百分比计包括c0.040～0.045％、si 0.35～0.40％、mn 1.20～1.25％、p≤0.012％、s≤0.005％、ni 0.20～0.25％、mo 0.20～0.25％、cu 0.30～0.35％、ti 0.04～0.05％、ce 0.03～0.04％、mg0.001～0.003％、sn 0.02～0.025％和余量的fe。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的埋弧焊丝，其特征在于，所述1.3≤cs≤1.6，3.0≤tg≤3.6。

5.权利要求1～4任意一项所述埋弧焊丝的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中浇铸完成后锻造前还包括保温。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述保温的温度为1180～1220℃，所述保温的时间为2h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中热轧的温度为1180～1220℃，所述热轧的总变形量为60～80％。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述热轧的温度为1200℃。

10.权利要求1～4任意一项所述埋弧焊丝或权利要求5～9任意一项所述制备方法制备得到的埋弧焊丝在原油储罐内底板中的应用。

技术总结
本发明提供了一种埋弧焊丝及其制备方法和应用，属于特种焊接材料技术领域。本发明采用Si‑Ni‑Mo‑Cu‑Sn合金体系提高了基体和晶界的腐蚀性；通过控制Cs和Tg的范围，采用细晶强化和诱导形核技术，可显著改善焊缝金属的低温韧性。实验结果表明，本发明提供的埋弧焊丝焊缝平均年腐蚀速率为0.55～0.68mm/a，母材与焊缝的腐蚀台阶为8～20μm，熔敷金属‑20℃冲击吸收功KV2不低于80J。

技术研发人员：王青峰,邱俊,刘日平,胡兵,王伟,唐宇灿,赵雅婷,何江里,杨啸雨,赵丽洋,王秋鸣
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29