专利名称：管线钢用埋弧焊丝及其制造方法
技术领域：
本发明属于焊接材料领域，尤其涉及一种适用于X80级管线钢板埋弧焊接用的埋弧焊丝。
背景技术：
管线钢由于级别和成分的差异其配套焊丝也不尽相同。目前X80级管线钢用埋弧焊丝，其成分设计主要采用添加Ti、B、Zr等微合金化元素来细化和改善焊缝的组织以提高强韧性，但这些微合金化元素在冶炼时，易氧化，成分控制难度大，其次在焊接时形成的氧化物夹杂对焊缝性能的影响时好时坏，稳定性差。相关的专利包括申请号为200810005040. X、申请号为200610124514. 3、申请号为200610145593. 6和申请号为200510029245. 8的中国专利。其冶炼工艺主要采用电炉或转炉，有的后面配有LF精炼炉，对杂质元素尤其S、P、 0的控制要求程度较低。这些均不利于焊缝的性能，相关专利有申请号为200810005040. X、 申请号为200610124514. 3、申请号为200610145593. 6和申请号为200510029245. 8的中国专利。其生产盘条时主要采用高速无扭轧机轧制，有的焊丝盘条在拉拔前或拉拔过程中，进行退火热处理，这无异增加了劳动强度和成本，如申请号为200510029245.8的中国专利。 随着管线钢材品质的不断升级和管线工程对焊管焊缝性能要求的日异提高，尤其对焊管预期达到的高强、高韧、耐蚀、耐磨等综合特性要求，现有焊丝的成分及制造方法已无法满足所述要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有焊丝的不足，提供一种特别适用于X80级管线钢，综合性能好、成低本、易于工业化生产的埋弧焊丝。本发明管线钢用埋弧焊丝的成分为按重量百分比计，C :0. 04% 0.07%，Si 0. 10% 0. 40%, Mn :1. 40% 1. 90%, Ni :0. 40% 1. 50%, Mo :0. 20% 0. 50%，Cu 0. 10% 0. 30%,V 0. 03% 0. 20%,Als :0. 02% 0. 07%。S 彡 0. 003%,P 彡 0. 010%,
余量为Fe及不可避免的杂质。本发明从成分设计上，第一，通过添加适量的V元素来显著地改善低碳钢的焊接性且冶炼时不易氧化，控制方便，其焊接的有益性主要是凝固过程中即有的碳化物、氮化物、氧化物等形成，这些化合物的微粒作为结晶晶核从而细化焊缝金属的铸态组织和晶粒， 提高钢的强度、韧性、耐磨性、同时抵制时效作用，并对抗氢也起到有益的作用；第二，以适中的C、Mn含量保持与母材匹配，通过加Ni、Mo进行固熔强化，加Cu提高耐蚀性，改善钢液的流动性，对焊接有利；第三，对钢中的P、S等有害元素含量控制程度高，通过冶炼手段使钢中的S彡0. 003%，P彡0. 010%，达到钢质洁净。本发明管线钢用埋弧焊丝成分各元素的说明(1)C:C是微合金焊缝金属中最重要的合金元素，是扩大Y相区的元素。 G. M. Evans的研究结果认为C可促使形成针状铁素体，减少晶界多边形铁素体，并且细化
3再热区晶粒，提高熔敷金属的强度，但同时硬度增加、夏比冲击能随着C碳含量的增加而下降，最好的冲击性能的含碳量为0.05% 0. 10%。综合考虑，焊丝成分中碳含量应为
0.04% 0. 07%。(2)Mn =Mn作为微合金钢焊缝金属中的主要合金元素，显著影响奥氏体扩散，Mn是奥氏体稳定元素，使奥氏体相变移向较低的温度。Mn—方面可作为脱氧剂，另一方面具有细化晶粒和固溶强是的作用G. M. Evans认为Mn含量(0. 6% 1. 8% )的增加会增加针状铁素体的含量，减少了先共析铁素体的含量，并且细化焊态针状铁素体组织，还细化焊缝热影响区粗晶区的组织Mn含量的增加，减少了焊接热影响区等轴细晶的晶粒尺寸。Mn含量每增加0. 1%，焊态焊缝金属屈服强度和拉伸强度大约增加10MPa。Mn含量的增加一方面增加了屈服强度，另一方面增加了针状铁素体的体积分数和细化了再热区的晶粒尺寸，这两种因素的影响使得Mn含量在一定的范围内，过量的易产生Mn和P的化合物偏析降低韧性，并且对抗腐蚀不利。综合考虑，焊丝成分中Mn含量应为1.40% 1.90%。(3) Si =Si的加入一般会降低焊缝韧性，但G. M. Evans认为，Si会促使针状铁素体的形成。综合考虑，焊丝成分中Si含量应为0. 10% 0. 40%。(4)Ni =Ni是提高焊缝低温冲击韧性的有益元素，无限固溶于Y-Fe，是扩大、相区的元素，还可使CCT曲线右移，因而可促使针状铁素体的形成，使焊缝韧性提高。但Ni含量增加成本便随之提高，综合考虑，焊丝成分中Ni含量应为0. 40% 1. 50%。(5)Mo :Mo是缩小γ相区的元素，是中强碳化物形成元素，其主要作用是推迟先共析铁素体的转变而有利于形成贝氏体结构，并强烈抑制珠光体转变。研究表明，Mo在0
1.之间变化时，焊缝组织主要为先共析铁素体、侧板条铁素体和针状铁素体，同时增加韧性、强度和硬度，但是也促进了 M-A组元和贝氏体的形成，同时屈强比和延伸率下降。Mo 含量一般不宜超过0. 50%。综合考虑，焊丝成分中Mo含量在0. 20% 0. 50%。(6)Cu:Cu降低、—a转变温度，并且Cu具有抗大气和腐蚀的能力。能细化原奥氏体晶粒尺寸，增加硬度和拉伸强度，并增加第二相的体积分数。加入Cu可获得强度、硬度和抗蚀性而不损害韧性。当Cu在0. 20% 0. 30%时能改善管线钢在饱和人造海水中的抗氢蚀性能。综合考虑，焊丝成分中Cu含量为0. 10% 0.30%。(7)V:V能显著地改善低碳钢的焊接性，这主要凝固过程中即有的碳化物、氮化物、氧化物等形成，这些化合物的微粒作为结晶晶核从而细化焊缝金属的铸态组织和晶粒， 减小热影响区的过热敏感性，提高钢的强度、韧性、耐磨性、同时抵制时效作用，并对抗氢也起到有益的作用。但钒量不宜过高，不然，由于V4C3在晶内的弥散析出将导致钢韧性的降低，综合考虑，焊丝成分中V含量为在0. 03% 0. 20%。⑶Al 主要用于炼钢时的脱氧定氮剂，并且细化晶粒，适当的铝可提高钢在低温下的韧性。综合考虑，焊丝成分中Al ^02^-0.07 ^(9)S、P :S易于导致焊缝的热裂，并显著降低冲击韧性。同时在焊接过程中， 硫易于氧化，生成二氧化硫气体而逸出，以致在焊接金属中产生产生很多气孔和疏松P 增加焊裂的敏感性，0、N含量影响钢质的洁净度，综合考虑，焊丝成分中S < 0. 003%, P 彡 0. 010%。本发明管线钢用埋弧焊丝的制造方法包括铁水脱硫-转炉冶炼-LF炉精炼-连铸-线材轧制-盘条剥壳-酸洗-涂硼砂-镀铜，制成成品焊丝，其特点是所述LF精炼所采用的渣系成分为:Ca040. 0 % 60. 0 %，Al20315. 0 % 27. 0 %，Si024. 0 % 6. 0 %，能够使钢中S ^ 0. 003%，提高钢质的洁净度；所述的连铸采用保护浇注，在钢包长水口及结晶器浸入式水口用氩气保护；在线材轧制时采用缓冷工艺措施，即在所述线材轧制时吐丝温度控制在830 850°C，辊速为4 6m/min，并采用扣罩和关闭风机的措施，以降低冷速，获得抗拉强度彡770Mpa的Φ5 6mm盘条，适于后序的直接拉拔成Φ4mm或Φ3. 2mm的成品焊丝，并省去退火工序。本发明管线钢用埋弧焊丝质量稳定，匹配碱性烧结焊剂SJ101，得到的熔敷金属强度达到彡668MPa，冲击功AKV(-20°C)彡1MJ，适宜X80级管线钢板的焊接。该埋弧焊丝的制造方法简便，工序少，成本低，易于工业化生产，易于拉拔加工，成品焊丝强度适中，易于缠绕送丝。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明作进一步的描述。实施例1 首先将脱硫后的钢水送转炉冶炼，同时去磷，出钢温度在1680°C左右，碳为0.06%，出钢过程进行脱氧合金化。在LF炉精炼过程中渣系成分Ca050.0%， Al20320. 0%, Si025 . 0%，钢水中的S为0. 002%，钢中的钒含量通过加钒铁来控制到目标要求，再把其它合金元素调整至钢种成分要求，送到280X380mm2矩形坯铸机台上进行浇注， 之后经连轧轧成120X 120mm2规格方坯到线材轧制，采用高速无扭轧机轧制生产出Φ5. 5mm 盘条，之后将盘条剥壳、酸洗、镀铜，制成Φ4πιπι焊丝。其中线材轧制时吐丝温度控制在 830°C，辊速为5m/min，采用扣罩和关闭风机的措施。按上述条件所生产的焊丝的化学成分为(按重量％ ) :C0. 07%, Si 0. 15%, Mnl. 78%, NiO. 80%, MoO. 25%, CuO. 18%, V0. 06%, Als 0. 03%, SO. 002%, P0. 008%，余量为！^及不可避免的杂质，Φ5. 5mm盘条的抗拉强度为700Mpa的盘条。本发明焊丝与SJlOl-G焊剂匹配进行熔敷金属焊接，试板为X80管线，厚度为 24mm，坡口角度30°，根部间隙为12mm。焊接规范为焊接电流475 575A，焊接电压为 27 30V，焊接速度23. 5 沈.5m/h，焊接线能量23KJ/cm，层间温度彡150°C。本实施例熔敷金属的力学性能见表1。本发明焊丝与SJlOl-G焊剂匹配进行X80级管线钢焊接，母板为鞍钢X80级管线钢板，其化学成分(按重量％ ) :C0. 05%, SiO. 2%,Mnl. 84%,P0. 09%, SO. 002%,NiO. 2%, AlsO. 033%。厚度为18. 4mm，坡口角度为60°的V型坡口。焊接规范为焊接电流475 575A，焊接电压为27 30V，焊接速度23. 5 26. 5m/h,焊接线能量23KJ/cm，层间温度 <150°C。本实施例焊缝金属的性能见表2。实施例2 首先将脱硫后的钢水送转炉冶炼，同时去磷，出钢温度为1690°C， 碳为0.06%，出钢过程进行脱氧合金化。其中在LF炉精炼过程中渣系成分Ca045%， Al20323. 0%, Si025 . 0%，钢水中的S为0. 003%，钢中的钒含量通过加钒铁来控制到目标要求，再把其它合金元素调整至钢种成分要求，送到280X380mm2矩形坯铸机台上进行浇注， 之后经连轧轧成120X 120mm2规格方坯到线材轧制，采用高速无扭轧机轧制生产出Φ5. 5mm 盘条，之后将盘条剥壳、酸洗、镀铜，制成Φ4πιπι焊丝。其中线材轧制时吐丝温度控制在 850°C，辊速为5m/min，采用扣罩和关闭风机的措施。按上述条件所生产焊丝的化学成分(按重量％ ) :C0. 06%, SiO. 16%, Mnl. 68%, NiO. 83%, MoO. 25%, CuO. 19%, V0. 08%, Als 0.04%，SO. 003%，P0. 010%。余量为！^及不可避免的杂质。Φ5. 5mm盘条的抗拉强度为 740Mpa。焊接工艺及母板材质与实施例1相同，本实施例焊丝熔敷金属的力学性能见表1， 焊缝金属的性能见表2。实施例3 首先将脱硫后的钢水送转炉冶炼，同时去磷，出钢温度为1695°C，碳为 0. 06%，出钢过程进行脱氧合金化。在LF炉精炼过程中渣系成分CaO. 55%,A120324. 0%, Si026 . 0 %，钢水中的S为0. 002 %，钢中的钒含量通过加钒铁来控制到目标要求，再把其它合金元素调整至钢种成分要求，送到^0X380mm2矩形坯铸机台上进行浇注，之后经连轧轧成120 X 120mm2规格方坯到线材轧制，采用高速无扭轧机轧制生产出Φ 5. 5mm盘条， 之后将盘条剥壳、酸洗、镀铜，制成Φ4πιπι。其中线材轧制时吐丝温度控制在876°C，辊速为 5.9m/min，采用扣罩和关闭风机的措施。按上述条件所生产的焊丝化学成分(按重量％) CO. 06%, Si 0. 16%, Mnl. 80%, NiO. 70%, MoO. 25%, CuO. 198%, V0. 09%, Als 0. 04%, SO. 002%, P0. 009%。Φ5. 5mm 盘条的抗拉强度为 748Mpa。焊接工艺及母板材质与实施例1相同，本实施例焊丝熔敷金属的力学性能见表1， 焊缝金属的性能见表2;表1本发明实施例焊丝熔敷金属的性能
权利要求
1.一种管线钢用埋弧焊丝，其特征在于该焊丝的成分以重量百分比计为C :0. 04% 0. 07%, Si 0. 10% 0. 40%，Mn :1. 40% 1. 90%，Ni :0. 40% 1. 50%，Mo :0. 20% 0. 50%, Cu 0. 10 % 0. 30 %，V :0· 03 % 0. 20 %，Als :0· 02 % 0. 07 %，S 彡 0. 003 %， P^O. 010%，余量为！^及不可避免的杂质。
2.—种权利要求1所述管线钢用埋弧焊丝的制造方法，包括铁水脱硫-转炉冶炼-LF 炉精炼-连铸-线材轧制-盘条剥壳-酸洗-涂硼砂-镀铜，制成成品焊丝，其特征在于所述 LF 精炼所采用的■系成分为:Ca040. 0% 60. 0%，Α120315· 0% 27. 0%，Si024. 0%~ 6.0% ；所述的连铸采用保护浇注；在所述线材轧制时采用缓冷工艺措施。
3.根据权利要求2所述的埋弧焊丝的制造方法，其特征在于所述线材轧制时采用的缓冷工艺措施为吐丝温度控制在830 850°C，辊速为4 6m/min，扣罩和关闭风机。
4.根据权利要求2或3所述的埋弧焊丝的制造方法，其特征在于所述盘条Φ5 6mm， 所述成品焊丝Φ 4mm或Φ 3. 2謹。
全文摘要
本发明提供一种管线钢用埋弧焊丝及其制造方法，该焊丝的成分C0.04％～0.07％，Si0.10％～0.40％，Mn1.40％～1.90％，Ni0.40％～1.50％，Mo0.20％～0.50％，Cu0.10％～0.30％，V0.03％～0.20％，AlS0.02％～0.07％，S≤0.003％，P≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。其制造方法包括铁水脱硫-转炉冶炼-LF炉精炼-连铸-线材轧制-盘条剥壳-酸洗-涂硼砂-镀铜，所述LF精炼采用渣系成分为CaO40.0％～60.0％，Al2O315.0％～27.0％，SiO24.0％～6.0％；所述的连铸采用保护浇注；在所述线材轧制时采用缓冷工艺措施。本发明焊丝质量稳定，适宜X80级管线钢板的焊接。焊丝制造方法简便，工序少，成本低，易于工业化生产。
文档编号C21C7/064GK102267021SQ201010201749
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者任玉辉, 常桂华, 李德刚, 王秉喜, 白喜峰, 耿继双, 薛军, 郭大勇, 高航 申请人:鞍钢股份有限公司