深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲的製作方法

2023-04-29 15:09:21 4

深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲的製作方法
【專利摘要】一種深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲，由下列成分按質量百分比製成：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%，餘量為鐵。本發明具有成分合理，性能可靠的優點，該深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲屬Mn-Mo-Ti-Ni-B的合金體系，具有多元合金的特性，它能調整焊縫金屬的成分，提高焊縫的力學性能。將該焊絲應用於厚壁深海管道焊接時，其焊縫低溫衝擊韌性、低溫CTOD性能良好，在-20℃下，焊縫和融合線的夏比衝擊吸收功不僅滿足需求，且有較大富餘量。本發明改善了現有深海管道堆焊焊接材料的不足，具有很好的經濟效益和社會效益。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金屬焊接材料，尤其是涉及一種深海管道焊接用高強韌埋弧焊 絲。 深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲

【背景技術】
[0002] 我國擁有廣闊的海洋面積，所蘊含的海洋油氣資源非常豐富。如南海的石油和天 然氣儲量，相當於我國油氣總資源的三分之一，對海洋油田的開發是非常重要的。海洋油田 普遍使用海底輸送管線來輸送油氣等資源。海底管道的工作環境很惡劣，它不僅承受較大 的內壓，還要經受海水的外壓以及風、浪、流、冰和地震等環境荷載造成管道平移和振動作 用。因此要求海底管道具有抗大變形的能力、要求鋼管強度高、壁厚、直徑小和優異的斷裂 韌性，滿足裂紋尖端張開位移CT0D、落錘撕裂試驗DWTT和夏比衝擊試驗CVN等性能指標的 要求。
[0003] 管線鋼管的韌性是管線鋼管的最重要的性能之一，它是管線鋼管安全性的保證。 但是採用現有埋弧焊焊接材料對材質為SMY450F/X65的深海管道進行焊接時，經常發生焊 縫中心和融合線的夏比衝擊吸收功偏低，甚至達不到標準要求的現象，而且焊縫的低溫衝 擊韌性也很差，甚至在焊接接頭的橫向拉伸試驗時發生焊縫斷裂的現象，無法滿足質量要 求。為此，開發出一種深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲是非常有必要的。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種深海管道用埋弧焊焊絲，以改善使用現有埋弧焊接材料 對深海管道進行焊接時存在的焊縫中心和融合線夏比衝擊吸收功偏低、焊縫低溫衝擊韌性 差、焊接接頭橫向拉伸時焊縫斷裂等技術問題。
[0005] 本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一深海管道焊接用 高強韌埋弧焊絲，由下列成分按質量百分比製成： 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%，餘量為鐵。
[0006] 在本發明化學成分中，C元素的含量對焊縫的強韌塑性及其組織均有較大的影響。 當C含量較低時，焊縫強度較低，焊縫金屬中鐵素體比例較高；當C含量較高時，焊縫韌性和 塑性下降，焊縫中珠光體比例增加，影響焊縫中針狀鐵素體含量。
[0007] -定含量的Si在焊接時可以使焊縫金屬鎮靜，加快熔池金屬的脫氧過程，保證焊 縫的緻密性，同時也提高了焊縫的強度。但過量的Si含量，容易形成矽酸鹽夾雜，還易出現 娃裂。
[0008] Μη是焊縫強韌化的有效元素。Μη可以細化晶粒，提高焊縫的低溫衝擊韌性，並有 脫氧脫硫作用。同時Μη的加入可以改善因降碳而引起的強度下降。
[0009] 焊縫中含有一定量的Mo元素有利於提高焊縫中針狀鐵素體的含量，減少先共析 鐵素體，並有細化鐵素體晶粒的作用提高焊縫的強韌性。Mo還是強化晶界的元素，有助於 提高焊縫抗熱蠕變強度。
[0010] Ni有助於提高焊縫金屬的韌性，降低韌脆轉變溫度。此外，Ni還能有效的阻止Cu 的熱脆性引起的網裂，並有顯著提高鋼和焊縫的耐腐蝕的性能。但過高的Ni含量，在大線 能量焊接時，與焊縫中的B形成低熔共晶，從而大大降低焊縫的衝擊韌性。
[0011] Ti是一種在焊接峰體下能通過TiO和TiN而控制晶粒長大的有效元素。，且TiO和 TiN均能促使焊縫中的針狀鐵素體形成，從而使焊縫的韌性提高，但若Ti過量，形成大量的 TiC和TiN質點，將使韌性降低。
[0012] 在焊縫中加入微量的B可以強化晶界，並且能和一定比例的Ti相互作用起到很強 的細化晶粒的作用，從而提高焊縫的低溫韌性。微量的B在超低碳的情況下，可獲得B貝氏 體組織，提高焊縫的強度。但B過量，將產生熱脆現象，使韌性降低。
[0013] S、P是焊縫中的主要有害元素，他們顯著的降低焊縫金屬的低溫衝擊韌性和塑性。 為了消除S對焊縫的熱脆和P對焊縫冷脆作用，焊絲鋼冶煉時應儘量降低S、P的含量，焊縫 中S的含量應低於0. 003%，P的含量應低於0. 012%。
[0014] 本發明具有成分合理，性能可靠的優點，該深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲屬 Mn-Mo-Ti-Ni-B的合金體系，具有多元合金的特性，它能調整焊縫金屬的成分，提高焊縫的 力學性能。將該焊絲應用於厚壁深海管道焊接時，其焊縫低溫衝擊韌性、低溫CT0D性能良 好，在-20°C下，焊縫和融合線的夏比衝擊吸收功不僅滿足需求，且有較大富餘量。本發明改 善了現有深海管道堆焊焊接材料的不足，具有很好的經濟效益和社會效益。

【具體實施方式】
[0015] 下面通過實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0016] 實施例1 :在電爐中冶煉該深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲：C0. 04%，SiO. 1%， Mnl. 6%，Μ〇0· 3%, NiO. 15%，TiO. 04%，Β0· 004%，P < 0· 012%，S < 0· 003%，餘量為鐵。焊絲經 放線、剝殼、除鏽、清洗、塗硼、烘乾、拉拔、收線工序製得成品。
[0017] 實施例2 :在電爐中冶煉該深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲：C0. 06%，SiO. 2%， Mnl. 7%，Μ〇0· 4%, NiO. 33%，TiO. 08%，Β0· 007%，P < 0· 012%，S < 0· 003%，餘量為鐵。焊絲經 放線、剝殼、除鏽、清洗、塗硼、烘乾、拉拔、收線工序製得成品。
[0018] 實施例3 :在電爐中冶煉該深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲：C0. 09%，SiO. 3%， Mnl. 8%，Μ〇0· 3-0. 5%, NiO. 5%，TiO. 12%，Β0· 01%，P < 0· 012%，S < 0· 003%，餘量為鐵。焊絲 經放線、剝殼、除鏽、清洗、塗硼、烘乾、拉拔、收線工序製得成品。
[0019] 為了驗證本發明的效果，分別對實施例1-3所製得的深海管道焊接用高強韌埋弧 焊絲進行實驗。
[0020] 1.熔敷金屬焊接實驗：選用各實施例製得的埋弧焊絲按GB/T12470-2003進行熔 敷金屬焊接實驗，實驗母材(包括墊板)為X65,壁厚20mm，墊板厚12mm。焊劑為寶雞宇生焊 材公司生產的SJ102G，對焊絲進行熔敷金屬焊接實驗，焊接方法為單絲埋弧焊，共7層，20 道。實驗結果如表1、表2所示。
[0021] 表1焊縫的化學成分和焊絲化學成分實測wt% 丨元素 I C I Si I Μη I P I S I Cr I Hi I Mo 實!磨敷金屬 0-03 〇 22 1.43 0.012 0.0023 0.08 0.11 0.235 施焊絲實測 0.04 0.10 1.61 0.010 0.001 / 0.16 0.31 例 元素 lb Ti ~ Cu A1 B ' Η / 1 敷金屬 0.001 0.0OT 0.022 0.12 0.012 0.001 0.004 / 焊絲實測 / / 0.04 / / 0.004 / / 元素 C Si Μη P S Cr Mi Ιο 實 g敷金屬 0.04 0.28 1.53 0.016 0.0039 0.08 0.2 0.292 施焊絲實測 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 / -焊絲實測-/ / 0.061 7^ / ~0.008 / - / 元素 C Si Hn F S Cr Hi Ho 實 _敷金屬 0.05 0.35 1.55 0.016 0.0042 0.08 0.38 0.35 施焊絲實測 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 焊絲實測 I / / I 0.11 I / / 1 0.01 1 / / 表2焊縫圓棒拉伸性能和衝擊吸收功 I更bl*衝牛 廣八 屈服強度拉伸強度 伸長率 屈強比 區分 , 吸收功 Ri〇 s MPs R* MPa % Rt〇 §/Κ? -4〇TC (J) 實施例 1 572 632 29 0.91 61 實施例 2 580 645 30 0.90 63 實施例 3 589 658 31.5 0.895 66 2.深海管道四絲內外埋弧焊實驗：分別將實施例1-3製得的埋弧焊絲應用於現有X65 深海管道(南京鋼鐵股份有限公司生產)焊接，鋼管規格為Φ 558. 8 X 27mm。先對管道進行預 焊，預焊焊絲為CHW-60C (四川大西洋焊接材料股份有限公司生產)，保護氣體為二氧化碳， 然後採用本發明的焊絲進行雙面埋弧焊，實驗結果如表3所示。
[0022] 表3實施例1-3四絲內外埋弧焊對比
【權利要求】
1. 一深海管道焊接用高強韌埋弧焊絲，其特徵是該埋弧焊絲由下列成分按質量百分比 製成： 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%，餘量為鐵。
【文檔編號】B23K35/24GK104107988SQ201310140100
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月22日 優先權日:2013年4月22日
【發明者】樊興龍, 劉世澤, 魯科明, 董春明 申請人:湖北猴王焊材有限公司