一種管線用低成本抗H₂S埋弧焊絲的製作方法

2023-05-02 04:40:51

專利名稱：一種管線用低成本抗H2S埋弧焊絲的製作方法
技術領域：
本發明涉及埋弧焊絲，具體涉及一種管線用低成本抗H2S埋弧焊絲，其通過與鹼性 焊劑的匹配，可以實現對X52 X65級別抗H2S管線鋼的焊接，具有優良的力學性能和耐腐 蝕性能。
背景技術：
石油、天然氣是社會發展的基礎能源物質，而採用管道輸送石油、天然氣是最經濟 的方法。經過長期的發展，目前管線鋼正逐步向高強高韌、抗H2S腐蝕、以及深海用管等幾 個方向延伸。特別是抗H2S腐蝕焊管一般都有一些比較苛刻的附加要求，如抗氫致開裂性 能(HIC)、抗硫化物應力腐蝕性能(SSCC)，同時，對強度和硬度的範圍要求比較嚴格。在制 管行業內，埋弧焊接方法是最高效的理想焊接方法，因此，要求採用的埋弧焊絲和焊劑焊接 的焊縫也具有同母材匹配的力學性能和耐腐蝕性能。
中國專利CN1068528公開的埋弧焊絲H08MnMoTiB是國內使用最廣泛的埋弧焊絲， 該焊絲與SJlOl焊劑匹配能夠獲得良好的焊縫衝擊韌性以及抗拉強度，在陝京線、陝京二 線、西氣東輸一線等國家重大輸氣管線中得到了大量的應用，並獲得良好的效果。該焊絲 匹配管線鋼的等級主要範圍在X60 X70之間，能夠滿足目前市場上大部分普通輸油輸氣 焊管的性能要求，但是，焊縫的強度以及硬度都比較高，難於滿足要求比較特殊的焊管的要 求，例如X52和X60抗H2S腐蝕焊管。
目前，國內大多數管線用埋弧焊絲匹配的管線鋼鋼級在X70及以下，其中包括中 國專利 CN1068528、CN1273897、CN1077152、CN1305879、CN1714985 等;匹配 X80 級別管線 鋼的埋弧焊絲如中國專利CN1376553A、CN101104229和CN102161139 ;匹配X80以上管線 鋼的埋弧焊絲如中國專利CN1919524和CN101733584。其中，匹配X80及以上管線鋼的埋 弧焊絲的特點就是高強高韌設計，但是，這些埋弧焊死與X52 X65級別的管線鋼難於做到 等強匹配，同時硬度也非常高。在匹配X70及以下的埋弧焊絲中，只有中國專利CN1273897 是專門針對抗H2S腐蝕管線鋼設計的埋弧焊絲，該埋弧焊絲的化學成分為CO. 01-0. 08% ； SiO. 05-0. 5%；Mnl. 20-1. 80%；P < O. 010%；S < O. 005%；Ti0. 03-0. 15%；CuO. 20-0. 50%； NiO. 03-0. 50% ；B0. 004-0. 008% ；Mo0. 20-0. 55% ;其餘為 Fe，其成分設計主要依靠 Mn、Mo 提高焊縫金屬強度，其屈服強度達到520MPa以上，能夠滿足X70的強度要求。但是其並沒 有HIC和SSCC試驗結果，因此，埋弧焊絲最終的抗H2S腐蝕效果不得而知。發明內容
本發明的目的是提供一種管線用低成本抗H2S埋弧焊絲，該埋弧焊絲與鹼性焊劑 SJlOl匹配時能夠獲得適應X52 X65管線鋼焊接接頭要求的焊縫，焊縫金屬強度匹配，焊 縫金屬_20°C衝擊功> 120J，並具備優良的耐腐蝕性能。
為達到上述目的，本發明的技術方案是
一種管線用低成本抗H2S埋弧焊絲，其化學成分重量百分比為C0.03-0.08% ；SiO. 10-0. 30% ；MnO. 80-1. 20% ；P < O. 010% ；S < O. 005% ；Ti0-0. 20% ；CuO. 05-0. 30% ；NiO. 10-0. 30% ;其餘為Fe及不可避免雜質；其中，C+Mn/10控制在O. 15-0. 17%範圍內， Cu+Ni控制在O. 3-0. 4 %範圍內。
本發明的成分設計中
C元素含量對焊縫的強度和韌性具有較大的影響。當C含量較低時，焊縫強度較 低，鐵素體比例增加，韌性較高。當C含量較高時，焊縫強度增加，珠光體比例增加，焊縫韌 性下降。將C含量控制在O. 03-0. 08%，用來提高焊縫的韌性和抗氫裂傾向。
Mn可以起脫氧作用，防止導致熱裂紋產生的碳化鐵夾雜物形成，促使鐵素體晶粒 和碳化物細化，從而提高焊縫的強度和韌性。本發明中Mn含量控制在較低的水平，主要用 來調節焊縫強度，適應X52 X65級別的強度要求。所以，將Mn含量控制在O. 80-1. 20%.
加入適量Si可以脫氧，彌補低Mn在脫氧方面的欠缺，提高焊縫的韌性。所以，將 Si含量控制在O. 10-0. 30%。
Ni在焊縫金屬中作為強化元素，通過晶粒細化和固溶強化提高焊縫的強度，同時 也能降低焊縫金屬的韌脆轉變溫度。而且Ni本身對酸類具有良好的耐腐蝕性，是本發明中 一個重要的控制元素，因此，將Ni含量控制在O. 10-0. 30%。
Cu是一個非常重要的提高耐腐蝕性能元素，但是Cu含量超過1. 0%時會大幅度降 低焊縫的韌性，Cu含量在O. 15-0. 85%之間對焊縫金屬既能強化又能韌化，還能提高焊接 接頭的耐腐蝕性，考慮到成本因素，Cu含量控制在O. 05-0. 30%。
Ti與奧氏體中的N反應生成TiN顆粒，TiN具有很低的溶解度，在焊縫中形成很細 的彌散物，可以有效的阻止晶粒長大，同時成為針狀鐵素體的形核核心，大大提高焊縫的韌 性。所以，將Ti含量控制在0-0. 20%。
S、P是焊縫中的主要有害元素，將會降低焊縫金屬的低溫韌性，同時也會降低焊縫 的抗H2S應力腐蝕性能，儘量控制在一個較低的水平，其中，S < O. 005%, P < 0.01%。
本發明設計的核心是保證埋弧焊絲在滿足X52 X65管線鋼力學性能要求的前 提下，最大限度的減少合金含量，並實現抗H2S腐蝕的目的。因此，採用低C來提高焊縫的 韌性，同時將C+Mn/10的值控制在O. 15-0. 17%之間，在低碳情況下，此配比區間的C、Mn組 合能夠將焊縫屈服強度控制在500MPa以下，並獲得良好的強度和韌性平衡，以及較低的硬 度，有利於提高耐腐蝕性；Cu和Ni是主要的耐腐蝕元素，在分別控制Cu、Ni成分範圍的基 礎上，將Cu+Ni控制在O. 3-0. 4%之間，這既能保證焊縫具有較高的韌性又能獲得理想的耐 腐蝕效果；Si起脫氧的作用，與Ti結合使用有利於形成TiN，提高焊縫的韌性；S、P控制在 一個較低的水平，可以減少偏析，提高抗H2S應力腐蝕性能。
本發明的有益效果
1.本發明埋弧焊絲中Mn含量較低，且C+Mn/10的值控制在O. 15-0. 17%內，保證 焊絲與鹼性燒結焊劑匹配焊接，能很好地將所得熔敷金屬屈服強度控制在400 500MPa， 完全符合X52 X65管線鋼焊接接頭要求，且，焊縫抗拉強度Rm > 460MPa,焊縫衝擊韌性J > 120J (-20 0C )。
2.本發明埋弧焊絲在分別控制Cu、Ni成分範圍的基礎上，將Cu+Ni控制在O.3-0. 4%之間，保證焊絲與鹼性燒結焊劑匹配後，對抗H2S管線鋼焊接的焊縫具有較高的 韌性又能獲得優良的抗H2S耐腐蝕性能。
3.本發明埋弧焊絲的合金含量大大降低，焊前不需預熱，焊後不用熱處理，適用於單道焊和多道焊，生產成本大大減少。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。
根據本發明的化學成分範圍，冶煉5爐焊絲鋼，其焊絲成分見表I，拉拔成直徑4mm 的焊絲，與鹼性燒結焊劑SJlOlG匹配，進行熔敷金屬焊接。焊縫金屬性能如表2所示。
表I焊絲化學成分單位重量百分比
權利要求
1.一種管線用低成本抗H2S埋弧焊絲，其化學成分重量百分比為C0.03-0.08% ； SiO. 10-0. 30% ；MnO. 80-.1. 20% ；P < O. 010% ；S < 0. 005% ；Ti0-0. 20% ；CuO. 05-0. 30% ； NiO. 10-0. 30% ;其餘為Fe及不可避免雜質；其中，C+Mn/10控制在O. 15-0. 17%範圍內， Cu+Ni控制在O. 3-0. 4 %範圍內。
全文摘要
一種管線用低成本抗H2S埋弧焊絲，其化學成分重量百分比為C0.03-0.08％；Si0.10-0.30％；Mn0.80-1.20％；P＜0.010％；S＜0.005％；Ti0-0.20％；Cu0.05-0.30％；Ni0.10-0.30％；其餘為Fe及不可避免雜質；其中，C+Mn/10控制在0.15-0.17％範圍內，Cu+Ni控制在0.3-0.4％範圍內。本發明的埋弧焊絲與鹼性焊劑SJ101匹配時，能夠獲得適應X52～X65管線鋼焊接接頭要求的焊縫，焊縫屈服強度介於400～500MPa，焊縫抗拉強度＞460MPa，焊縫伸長率≥36％，焊縫衝擊韌性＞120J(-20℃)，並具備優良的抗H2S耐腐蝕性能。
文檔編號B23K35/34GK103056555SQ201310024518
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月23日 優先權日2013年1月23日
發明者曹能, 錢偉方, 劉碩, 莊祥弟, 黃衛鋒, 郭勝 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司