低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條及其生產方法

2023-06-19 23:43:56 2

專利名稱：低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種焊條，特別涉及一種低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條及其生產方法。
背景技術：
大多數油氣田都分布在遼闊的曠野、草原、荒漠及無垠的海洋中，而石化企業尤其是油氣消費市場卻在人口稠密、經濟發達的大中城市及周邊地區，兩者可能相距數百甚至數千米。石油，天然氣等資源以及一些化工產品的儲存和運輸中因氫致腐蝕(HIC)、硫化物應力腐蝕(SSC)而產生的問題越來越受到重視，對相應的材料的要求也越來越高。在我國酸性油氣田的鑽探開發初期，溼硫化氫環境中的油套管，集輸管線和設備的破裂，井口裝置失靈，這些硫化物應力開裂的突發性事故，造成了巨大損失。即使是H2S含量非常低的條件下，只要有水，也會使金屬材料產生突然的硫化物應力開裂。大量的研究和實踐表明，HIC作為一組平行於軋制面的面缺陷存在於鋼中，對鋼材的常規強度指標影響不大，但使鋼材的脆性傾向增大，對H2S環境斷裂而言，具有決定意義的是材料的SSC敏感性。但對於SSC敏感鋼構件，HIC往往是SSC的起裂源。於是，隨著管線鋼和容器鋼強度的增高，SSC敏感性增大的同時，HIC的危害也越顯著。而現有的焊條韌性差、屈服強度高、抗HIC差、抗SSC裂紋性能差，不能滿足現代工業的需要。申請號為201010608238 (名稱為一種抗氫致裂紋高韌性較低氫鋼電焊條)公開一種電焊條，採用該焊條施焊，焊縫抗拉強度大於500MPa，-30°C衝擊功大於170J，擴散氫含量在2 3ml/100g之間，裂紋敏感率小於O. 11。該品種焊條抗拉強度較高，屈服強度相應也較高，在要求低屈服強度的焊材焊接時是不適宜的。專利號01136517(名稱為抗硫化氫氯化氫應力腐蝕開裂鉻鋁鑰鋼)公開了一種抗硫化氫氯化氫應力腐蝕開裂熱交熱器等專用無縫鋼管、板、鍛件及專用焊材，但是該專利提及的專用焊材為鉻鋁鑰型耐熱鋼焊材，不適宜於焊接碳鋼抗氫鋼材料。

發明內容
針對上述不足之處，本發明的目的之一就在於提供一種低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，該低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條焊接時電弧穩定、飛濺小、脫渣好、成型美觀，全位置操作性能好，塑、韌性和抗裂性能優良，低屈服強度、抗HIC、SSC性能優異，焊縫金屬具有較低的屈服強度、抗HIC、SSC裂紋性能優異。技術方案是一種低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，由硫、磷含量較低的碳鋼盤條焊芯和裹覆於焊芯表面的藥皮組成，所述藥皮重量焊條重量為O. 34-0. 37。作為優選，所述藥皮組分質量比為
碳酸鹽165-175
氟化物80-90金紅石20-25 矽微粉18-23 電解錳8-12 矽鐵25-30 還原鐵粉30-35 純鹼7-10。作為優選，所述碳鋼絲焊芯化學成分質量百分比為
O. 01 彡 C 彡 O. 10 ;
O. 30 ^ Mn ^ O. 55 ；
O. 01 ^ Si ^ O. 08 ； O. 001 ^ P ^ O. 008 ；
O. 001 ^ S ^ O. 003 ；
O. 01 ^ Ni ^ O. 30 ；
O. 02 ^ Cr ^ O. 10 ；
O.01 ^ Cu ^ O. 20 ；
O.001 彡 As 彡 O. 007 ；
餘量為Fe及微量雜質。作為優選，所述藥皮成分重量組成為
所述碳酸鹽中，CaCO3彡96%,S ( O. 008%,P ( O. 02%，顆粒度要求為-30目100%,-40目彡97% ；
所述氟化物中，CaF2 彡 96%、Si02 ( 3. 0%、C 彡 O. 05%、S 彡 O. 007%、P ( O. 02%，顆粒度要求為-30目100%、-40目彡97% ；
所述金紅石中，TiO2彡96%,S ( O. 020%,P ( O. 020%，顆粒度要求為_30目100%、_40
目彡98% ；
所述矽微粉中，SiO2彡98%、S彡O. 010%、P彡O. 020%,顆粒度要求為_170目100%、-270 目彡 98 ;
所述電解錳中，Mn彡99. 5%、C彡O. 05%、S彡O. 03%、P彡O. 009%,顆粒度要求為_30目100%、-40 目彡 98% ；
所述矽鐵中，Si 42. 0-47. 0%、C彡O. 50%、S彡O. 003%、P彡O. 04%,顆粒度要求為-30目100%、-40 目彡 98% ；
還原鐵粉中，Σ Fe彡97. 0%、S彡O. 20%、S彡O. 009%、P彡O. 025%，顆粒度要求為_30目100%、-40 目彡 98% ；
所述純鹼中，Na2CO3彡99%、NaCl ( O. 70%，顆粒度要求為-30目:100%。作為優選，所述藥皮成分重量組成為
碳酸鹽170g、氟化物90g、金紅石23g、娃微粉20g、電解猛10g、娃鐵30g、還原鐵粉35g、純鹼7g。作為優選，所述藥皮成分重量組成為
碳酸鹽175g、氟化物80g、金紅石22g、矽微粉20g、電解錳12g、矽鐵30g、還原鐵粉:30g、純鹼:7g。
作為優選，所述藥皮成分重量組成為
碳酸鹽173g、氟化物90g、金紅石23g、娃微粉20g、電解猛8g、娃鐵28g、還原鐵粉35g、純鹼-Jgo本發明的目的之二在於提供一種上述低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條的生產方法。技術方案是一種製造上述低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條的生產方法，所採用的步驟為將所述藥皮各成分混合均勻後，加入20°C條件下42-43Be』的鉀鈉比例1:1的水玻璃，模數為3. 1M，加入量為藥皮總重量的20-23%。採用常規工藝在油壓式焊條生產設備上進行焊條製備。本發明發明原理
S在鋼中主要以FeS和MnS的形式存在，其中FeS的危害最大。焊縫凝固時硫易偏析，以低熔點共晶的形式呈片狀或鏈狀分布於晶界，成為焊縫金屬中最薄弱的部分。在焊接應力的作用下，易沿這一薄弱環節開裂，形成了結晶裂紋(也稱熱裂紋)。其次，隨著S含量的增高，焊縫金屬的抗拉強度、屈服強度和衝擊性能均成下降的趨勢。在本發明保護的焊條中，為了控制S、H的含量，除了從冶金、工藝方面來控制外，主要從焊條原材料上加以控制。設計配方的時候儘量選用不含或者少含氫的原材料。在烘焙時提高烘焙溫度、適當增加配方中的氧化性都有助於減少焊縫中的氫含量。本發明保護的焊條藥皮中各成分的主要作用為碳酸鹽在電弧熱的作用下分解成CaO和CO2是焊條製造中及常用的造渣、造氣材料，能夠提高熔渣的鹼度，穩定電弧、細化熔滴，增大熔渣與金屬界面張力，改善脫渣，並有較好的脫硫能力。氟化物一定量的氟化物可以降低也液態金屬的表面張力，提高熔渣的流動性，降低焊縫氣孔敏感性，改善熔渣的物理性能，對焊縫成型、脫渣等起關鍵作用，也是降低焊縫中擴散氫的主要材料，但因焊接過程中氟化物的分解，會造成電弧不穩定，同時產生有害氣體一氟化氫，因此，氟化物的加入量控制在80-90g。金紅石金紅石的作用主要是穩弧、造渣，能夠調節熔渣的熔點、粘度、表面張力和流動性，改善焊縫成形、減小飛濺。加入20-25g金紅石，對焊縫成形、電弧穩定性起關鍵作用。矽微粉主要起造渣、造氣的作用，加入適量的矽微粉，能提高電弧的穩定性。電解錳加入可起到脫硫、脫氧的作用，還可以向焊縫過渡錳元素，提高焊縫強度。根據熔敷金屬成分要求，加入比例為8-12g。矽鐵加入一定量的矽鐵，比單獨加入純金屬更有利於脫氧及穩定電弧，有利於有益元素的過渡。還原鐵粉還原鐵粉在焊條中除了有一定的穩定電弧的作用外，對提升熔敷效率也是有效的。純鹼是為了改善焊條的壓塗性能，加入量為7-10g。本發明具有以下效果
本發明焊條生產工藝性能優良，焊條表面光滑、成品率高、偏心穩定，藥皮強度好；焊接時(直流反接)電弧穩定、基本無飛濺、脫渣好、焊縫成型美觀、全位置焊接性能優良；焊縫金屬具有較低的硫磷含量，較低的屈服強度350MPa左右，不僅在_30°C能較好的滿足客戶的需求，甚至在_70°C這種低溫條件下，衝擊韌性也能達到150J左右。經相關油氣田材料腐蝕檢測評價中心檢測，焊縫金屬具有優異的抗HIC、SSC性能。本發明保護的焊條可用於低屈服強度要求的抗氫鋼和低合金鋼，如20# (HIC)和A106B (HIC)等。與申請號201010608238和專利號01136517的焊條相比，本發明保護的焊材更適宜於焊接低屈服強度要求的抗氫鋼。而且，本發明保護的焊條焊縫金屬在_70°C條件下依然擁有較好的塑韌、性和抗HIC、SSC 性能。
具體實施例方式下面將結合具體實施例對本發明作進一步說明。實施例1
取藥皮，藥皮各組分及其質量份數如下碳酸鹽170g、氟化物90g、金紅石23g、矽微粉20g、電解錳10g、矽鐵30g、還原鐵粉35g、純鹼7g。取焊芯重量615g，選用採用硫、磷含量較低的碳鋼盤條，焊芯化學成分質量百分比為0. 01 ≤ C ≤ O. 10,0. 30≤ Mn ≤O. 55,0. 01 ≤ Si ≤ O. 08,0. 001≤ P≤ O. 008、
O.001 ≤ S ≤ O. 003,0. 01≤ Ni ≤ O. 30,0. 02 ≤ Cr ≤O. 10,0. 01≤ Cu ≤ O. 20,
O.001 ≤ As ≤ O. 007、餘量為Fe及微量雜質。將上述藥皮各組分混合均勻，加入佔藥皮總重量含量20-23%的20°C條件下的鉀鈉比例為1:1的水玻璃，波美濃度為4廣43』 Be，進行不小於30min的攪拌。用常規工藝在油壓式焊條生產設備上將其包於焊芯上。實施例1中，碳酸鹽選用條件為=CaCO3≤96%、S≤O. 008%、P≤O. 02%,顆粒度要求為-30目100%、-40目≥97% ;氟化物選用條件為=CaF2≤96%、SiO2 ≤3. 0%、C≤O. 05%、S≤O. 007%、P≤O. 02%，顆粒度要求為_30目100%、-40目≤97% ;金紅石選用條件為Ti02≤96%、S≤O. 020%、P≤O. 020%，顆粒度要求為_30目100%、-40目≥98% ;矽微粉選用條件為Si02≥98%,S ≤ O. 010%、P ≤ O. 020%，顆粒度要求為-170目100%,-270 目≥ 98 ;電解錳選用條件為Mn ≥ 99. 5%、C ≤ O. 05%, S ≤ O. 03%,P ≤ O. 009%,顆粒度要求為:-30目100%, -40目≥98% ;矽鐵選用條件為S1:42. 0-47. 0%、C≤O. 50%、S≤O. 003%、P ≤ O. 04%，顆粒度要求為-30目100%、-40目≥98% ;還原鐵粉選用條件為Σ Fe ≥ 97. 0%、S ≤ O. 20%、S ≤ O. 009%、P ≤ O. 025%,顆粒度要求為_30 目100%、-40 目≥98% ;純鹼選用條件為Na2CO3≥99%、NaCl ( O. 70%，顆粒度要求為-30目:100%。將實施例1製得的焊條進行熔敷金屬實驗，實驗結果見表I 表I 低屈服強度抗氫鋼專用焊條成分、性能表
權利要求
1.一種低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，由硫、磷含量較低的碳鋼盤條焊芯和裹覆於焊芯表面的藥皮組成，其特徵在於所述藥皮重量焊條重量為O. 34-0. 37。
2.根據權利要求1所述的低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，其特徵在於所述藥皮組分質量比為:碳酸鹽165-1氟化物80-90金紅石20-25矽微粉18-23電解錳8-12矽鐵25-30還原鐵粉30-35純鹼7-10。
3.根據權利要求1或2所述的低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，其特徵在於所述碳鋼絲焊芯化學成分質量百分比為O. 01 彡 C 彡 O. 10 ;O.30 < Mn<O.55 ；O.01 < Si<O.08 ；O.001 < P<O.008O.001 < S<O.003O.01 < Ni<O.30 ；O.02 < Cr<O.10 ；O.01 < Cu<O.20 ；O.001 彡 As 彡 O. 007 ；餘量為Fe及微量雜質。
4.根據權利要求3所述的低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，其特徵在於所述藥皮成分重量組成為所述碳酸鹽中，CaCO3彡96%,S ( O. 008%,P ( O. 02%，顆粒度要求為_30目100%、_40目彡97% ；所述氟化物中，CaF2 彡 96%、Si02 ( 3. 0%、C 彡 O. 05%、S 彡 O. 007%、P ( O. 02%，顆粒度要求為-30目100%、-40目彡97% ；所述金紅石中，TiO2彡96%,S ( O. 020%,P ( O. 020%，顆粒度要求為_30目100%、-40目彡98% ；所述矽微粉中，SiO2彡98%、S彡O. 010%、P彡O. 020%,顆粒度要求為_170目100%、-270 目彡 98 ;所述電解錳中，Mn彡99. 5%、C彡O. 05%、S彡O. 03%、P彡O. 009%,顆粒度要求為_30目100%、-40 目彡 98% ；所述矽鐵中，Si 42. 0-47. 0%、C彡O. 50%、S彡O. 003%、P彡O. 04%,顆粒度要求為-30目100%、-40 目彡 98% ；還原鐵粉中，Σ Fe彡97. 0%、S彡O. 20%、S彡O. 009%、P彡O. 025%，顆粒度要求為_30目100%、-40 目彡 98% ；所述純鹼中，Na2CO3彡99%、NaCl ( O. 70%，顆粒度要求為-30目:100%。
5.根據權利要求3或4所述的低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，其特徵在於所述藥皮成分重量組成為碳酸鹽170g、氟化物90g、金紅石23g、娃微粉20g、電解猛10g、娃鐵30g、還原鐵粉35g、純鹼7g。
6.根據權利要求3或4所述的低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，其特徵在於所述藥皮成分重量組成為碳酸鹽175g、氟化物80g、金紅石22g、矽微粉20g、電解錳12g、矽鐵30g、還原鐵粉:30g、純鹼:7g。
7.根據權利要求3或4所述的低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，其特徵在於所述藥皮成分重量組成為碳酸鹽173g、氟化物90g、金紅石23g、娃微粉20g、電解猛8g、娃鐵28g、還原鐵粉35g、純鹼7g。
8.—種製造上述權利要求1或2所述的低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條的生產方法，其特徵在於所採用的步驟為將所述藥皮各成分混合均勻後，加入20°C條件下42-43Be』的鉀鈉比例1:1的水玻璃，模數為3. 1M，加入量為藥皮總重量的20_23%，採用常規工藝在油壓式焊條生產設備上進行焊條製備。
9.一種製造上述權利要求3或4所述的低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條的生產方法，其特徵在於所述藥皮成分為將所述藥皮各成分混合均勻後，加入20°C條件下42-43Be』的鉀鈉比例1:1的水玻璃，模數為3. 1M，加入量為藥皮總重量的20_23%，採用常規工藝在油壓式焊條生產設備上進行焊條製備。
10.一種製造上述權利要求5、6或7所述的低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條的生產方法，其特徵在於所述藥皮成分為將所述藥皮各成分混合均勻後，加入20°C條件下42-43Be』的鉀鈉比例1:1的水玻璃，模數為3. 1M，加入量為藥皮總重量的20_23%，採用常規工藝在油壓式焊條生產設備上進行焊條製備。
全文摘要
本發明公開了一種低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，涉及焊接領域，由硫、磷含量較低的碳鋼盤條焊芯和裹覆於焊芯表面的藥皮組成，所述藥皮重量:焊條重量為0.34-0.37。本發明焊條焊接時電弧穩定、飛濺小、脫渣好、成型美觀，全位置操作性能好，塑、韌性和抗裂性能優良，低屈服強度、抗HIC、SSC性能優異，焊縫金屬具有較低的屈服強度、抗HIC、SSC裂紋性能優異。
文檔編號B23K35/40GK103008922SQ20121054754
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者張克靜, 陳維富 申請人:四川大西洋焊接材料股份有限公司