专利名称：一种x80管件用埋弧焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可获得良好的低温韧性，适用于管件(三通、弯头等)母管的焊 接，特别适用于高压油、气输送用X80低温管件母管的高效焊接的埋弧焊丝。
背景技术：
我国西气东输、西部、中俄、中亚等管道建设中，拟建设数十座压气站和数十 座输配气站场及100座以上的阀室，需要大量站场管件(三通、弯头等)。站场极限温度 达到-30 -40°c，有的站场最低气温低于-46°C，厚度达到50-70·。根据管道工艺 设计要求，部分站场管件需裸露在寒冷的外部环境下服役，对材料抗脆性起裂能力是一 个严峻的挑战。管件的生产不同于直管，需要经过鼓包、拉拔等热成形过程，以及为了 恢复母管的力学性能而进行的整体热处理(一般进行淬火+回火)，所以，管件焊缝往往 在热处理态使用。以至于焊缝成为管件低温脆化的主要区域之一。目前，X80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，在焊态下具有良好的强韧性，完全能够达到直管的性能 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 至于达不到焊缝的韧性要求。目前，X80管件焊缝的冲击韧性只能达到-30°C平均夏比冲击功不低于40J、 最小值不低于30J的标准要求，而且稳定性差，特别是壁厚较大时更是如此，难于保 障-30°C以下低温环境管道安全性要求，迫切需要兼备高强度和优良低温韧性的管件用焊 接材料，为了大幅度提高厚壁管件的焊接效率，高效埋弧焊丝十分值得期待。本发明针 对这一情况，结合X80管件的生产工艺和性能要求，提供了一种适合于X80低温管件制 造的埋弧焊丝。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于X80管件母管焊接，工业上有助于高效生产的 高韧性埋弧焊丝。本发明所述的X80管件用埋弧焊丝的化学成分(重量百分比，为 C: 0.10-0.14， Mn 0.90-1.20， Si <0.05, Cr 0.40-0.60, Mo 0.25-0.35, Ni: 1.95-2.25，Ti: 0.10-0.15，B 0.005-0.010，S<0.005%, P<0.022%,余量为 Fe。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、
Ti、B等元素来提高热处理后焊缝的强韧性。本发明的埋弧焊丝的主要成分特点如下本发明设计的焊丝中C控制在0.10 0.14%。碳元素对焊缝的淬透性及强韧性 具有重要的影响，焊丝中含碳量的增加，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。本发明焊丝中Mn的含量控制在0.90 1.20%。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。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。本发明焊丝中Si的含量控制在0.05%以下。与本发明的焊丝配合使用的焊剂为 SJlOU SJ102。SJlOU 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。本发明焊丝中Ni的含量控制在1.95 2.25%。Ni可以使Y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Y — 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Ni作为强化组元，通过晶粒细化和固溶强化获得强化效果。Ni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Ni的有利作用，在增加 其含量的同时，应严格限制S、P含量。本发明焊丝中Cr、Mo的含量分别控制在0.40 0.60%、0.25 0.35%。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。本发明焊丝中Ti、B的含量分别控制在0.10 0.15%、0.005 0.010%。Ti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改善焊 缝的强韧性。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，是一种良好 的脱氧剂，在焊缝中与O有很高的亲和力，形成高熔点的Ti2O3fel400°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。B 能偏析在晶界，以“占位效应”的形式起到净化晶界的作用；同时B可以使CCT曲线右 移，拟制先共析铁素体的析出，得到更多的针状铁素体，提高焊缝韧性。B与Ti配合加 入，才能获得良好效果。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《0.005%，P《0.022%。本发明焊丝中含有较高 的Ni元素，所以必须严格控制S含量，以防止大热输入情况下焊缝的抗热裂能力。P元 素本身是一种低温脆化元素，应尽可能加以限制。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0.90 1.20%，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；Ni 含量提高并控制在1.95 2.25%，以提高焊缝的淬透性和低温韧性；Ti与B元素配合使 用，含量分别控制在0.10 0.15%、0.005 0.010%，以最大限度地实现Ti与B元素细 化奥氏体晶粒，提高焊缝低温韧性的目标。(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880°C 930°C盐水淬，560°C 680°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660 780Mpa，焊缝_46°C冲 击功AkvMOOL完全能够满足X80低温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低温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，板厚可达到70mm ；(5)热输入最高可达42kJ/cm，能够实现构件的高效焊接。(6)焊后多次 热过程或热处理后，焊缝能达到较高的强度和低温韧性。适合于需 要进行焊后热处理的低温构件的焊接，特别适合于X80级别低温管件的高效焊接。
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 真空冶炼本发明焊丝钢，冶炼后经过锻造、剥皮等工序后，将焊丝钢盘条拉拔 成规格为Φ4_的焊丝，经过表面镀铜制成成品焊丝。其化学成分(按照重量百分比 计)为C 0.11，Mn: 1.10，Si: 0.025，Cr: 0.43，Mo: 0.33，Ni: 2.10，Ti: 0.12， B 0.007，S 0.0030，P 0.005，余量为 Fe。本焊丝与CHFlOl焊剂配合使用，焊接线能量32 38KJ/cm。焊后进行910°C 盐水淬火，再进行660°C回火。熔敷金属的力学性能为Rel = 580MPa，Rm = 685MPa, A = 26%, Z = 65%,冲击功 AKV(_46°C ) = 142J。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70mm，采用角度为60°的X型坡口。焊接线能量为35 42KJ/cm。焊后热处理 工艺910°C X1.5h 10%盐水淬火，再进行660°C X4h回火。焊接接头的抗拉强度达到 725MPa,焊缝金属的冲击功Akv (-46°C，1/2厚度位置)=112J，Akv (-46°C, 1/4厚度 位置)=127J。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 0.13， Mn: 0.95， Si: 0.022， Cr: 0.58，Mo: 0.34，Ni: 1.98， Ti: 0.14，B 0.006， S 0.0034，P: 0.007，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580°C回火。熔敷金属的力学性能为Rel = 6IOMPa, Rm = 720MPa, A = 22%, Z = 58%,冲击功 Akv(-46°C ) = 132J。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52mm，采用角度为60°的X型坡口。焊接线能量为28_35KJ/cm。焊后热处理工艺 8901\11110%盐水淬火，再进行580°C X3h回火。焊接接头的抗拉强度达到745MPa， 焊缝金属的冲击功AKV(_46°C，1/2厚度位置)=122J，Akv(-461/4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 0.10，Mn: 1.09，Si: 0.032，Cr: 0.49，Mo: 0.26，Ni: 2.23，Ti: 0.11，B 0.009, S 0.0025, 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920°C盐水淬火，再进行680°C回火。熔敷金属的力 学性能为Rel = 595MPa, Rm = 670MPa, A = 24%, Z = 63%,冲击功 AKV(_46°C ) =148J。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40mm，采用角度为60°的X型坡口。焊接线能量为32 38KJ/cm。焊后热处理工 艺920°C X50min 10%盐水淬火，再进行680°C X2h回火。焊接接头的抗拉强度达到 695MPa,焊缝金属的冲击功 Akv (-46°C，1/2 厚度位置)=131J，，Akv (-46°C, 1/4 厚 度位置)=142J。
权利要求
1. 一种X80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 C: 0.10-0.14，Mn 0.90-1.20，Si <0.05, Cr 0.40—0.60，Mo 0.25—0.35，Ni 1.95-2.25，Ti: 0.10-0.15，B 0.005-0.010，S<0.005%, P<0.022%,余量为 Fe。
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C0.10-0.14，Mn0.90-1.20，Si≤0.05，Cr0.40-0.60，Mo0.25-0.35，Ni1.95-2.25，Ti0.10-0.15，B0.005-0.010，S≤0.005％，P≤0.022％，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+560℃～680℃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660～780MPa，焊缝-46℃冲击值Akv≥100J，适用于X80管件母管的焊接，特别适用于高压油、气输送管线用低温X80管件母管的埋弧焊接。
文档编号B23K35/30GK102009285SQ201010550628
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者冯耀荣, 刘迎来, 吉玲康, 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