一種低溫用高強高韌埋弧焊絲及應用方法技術

一種低溫用高強高韌埋弧焊絲及應用方法，以重量百分比計焊絲的化學成分組成為：C?0.06?0.11％，Si?0.08?0.22％，Mn?1.0?3.0％，Ni?1.0?3.0％，Mo?0.1?0.4％，Ti?0.01?0.05％，B?0.002?0.006％，P≤0.011％，S≤0.005％，余量為Fe及不可避免的雜質，并按照常規焊絲生產工藝制備所得。利用本發明專利技術焊絲，搭配堿度1.0?2.5的燒結焊劑，在電流600?1200A，電壓33?42V，總熱輸入量40?65kJ/cm的條件下制得的焊縫金屬屈服強度為550?700MPa，抗拉強度為680?780MPa，延伸率≥20％。采用Mn/Ni/Mo不同配比研發的焊絲其突出優點為低溫韌性，?80℃V型缺口沖擊功在100J以上，焊縫金屬組織為超細晶針狀鐵素體。本發明專利技術焊絲可為第三代高級別管線鋼及極寒地區用鋼提供匹配的焊接材料。

High strength and high toughness submerged arc welding wire for low temperature and application method

A low temperature with high strength and high toughness submerged arc welding wire and its application method, chemical composition by weight percentage of wire consists of: C 0.06 0.11%, Si 0.08 0.22%, Mn 1 3%, Ni 1 3%, Mo 0.1 0.4%, Ti 0.01 0.05%, B 0.002 0.006%, P = 0.011%, S = 0.005%, balance of Fe and unavoidable impurities, and prepared in accordance with the production process of conventional wire. By this invention, welding wire, sintering flux basicity 1 collocation of 2.5, in the current 600 1200A, voltage 33 42V, weld metal total heat input 40 65kJ/cm prepared under the condition of yield strength of 550 700MPa, the tensile strength is 680 780MPa, extending rate greater than 20%. The Mn/Ni/Mo ratio of different wire developed its outstanding advantages for low temperature toughness, 80 DEG V notch impact power above 100J, the weld metal for ultra-fine acicular ferrite. The welding wire of the invention can provide matched welding material for third generation high-grade pipeline steel and steel used in extremely cold areas.

【技術實現步驟摘要】
一種低溫用高強高韌埋弧焊絲及應用方法
本專利技術屬于金屬材料焊接用實芯焊絲領域，特別涉及一種低溫用高強高韌埋弧焊絲及應用方法，適用于極寒地區油氣輸送管線焊接工程。該焊絲與堿性焊劑匹配時能夠獲得適用于高級別管線鋼焊接接頭要求的焊縫金屬，其屈服強度可達550-700MPa，抗拉強度達到680-780MPa，總延伸率不低于20％，焊縫金屬-80℃V型缺口Charpy沖擊功在100J以上。背景介紹世界管道建設發展迅速，在管道施工建設中常常遇到惡劣的自然環境，如：沙漠、高原戈壁、大江大河、堿灘、沼澤地、地震活動區、大落差地帶和極寒地區，這些都對管道建設和管道建成后的安全運行提出了更高的要求。目前，在極寒地區鋪設的管線越來越多，如美國橫穿阿拉斯加的管道，途經凍土地區，氣溫低達-70℃。前蘇聯1985年所建的西西伯利亞-中央輸氣管線，途經常年凍土區，氣溫低達-63℃，積雪達70-90cm厚，在全長4451km的線路中，有959km通過沼澤，794km通過水障礙。中亞管線建設時的環境溫度達到了-30℃以下，俄羅斯遠東管線建設時的環境溫度已達到了-40℃以下。在建設西氣東輸工程、西氣東輸二線工程和北部管線時，也經常遇到-20℃以下的低溫環境。如此惡劣的自然環境，對材料的抗脆性起裂、止裂能力是一個嚴峻的挑戰。從油氣輸送鋼管的發展趨勢、管線的服役條件、主要失效形式和失效原因的綜合評價，提出了對高強管線鋼的主要性能要求是高強度、高韌性、良好的焊接性和耐蝕性。其中重點和難點是高的低溫韌性，對于低溫下的焊接接頭，更要考核其低溫焊接性及低溫的力學性能。以前，對于管線所處的極低溫和穿過凍土、濕地、沼澤、森林等地帶的管道焊接研究的較少。在焊接材料、焊接方法、焊接工藝、施工措施等研究上缺乏經驗。中國專利CN1919524焊絲抗拉強度達到了X100大于760MPa的要求，但該類焊絲-40℃沖擊功≥47J，低溫沖擊韌性偏低。專利CN103231156、CN103084752焊絲強度同樣達到X90、X100要求，焊縫金屬-40℃沖擊功分別大于110和150J，能滿足部分低溫區管道建設需求，但并未對-40℃以下極寒地區用焊接材料韌性進行評價，無法適用極寒環境用鋼的焊接。專利CN101722353為一種低溫高韌埋弧焊絲，其焊縫金屬-70℃沖擊功為120-170J，但該類焊絲強度級別適用于抗拉強度小于620MPa級別的鈮微合金鋼，在一定程度上不能滿足高強高韌需求。隨著國內第三代高強度、高韌性和高塑性鋼的發展，開發匹配高性能鋼材的焊接材料也是必要的。本專利技術提供的焊絲具有優良的極低溫沖擊韌性，強度高，能滿足極寒地區550-700MPa級別管線鋼的焊接工程。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種低溫用高強高韌埋弧焊絲及應用方法。采用本專利技術制造的焊絲與堿性焊劑匹配時能獲超低溫韌性優異且強度級別達到550-700MPa級別的極寒地管線鋼焊縫，其抗拉強度達到680-780MPa，延伸率大于20％，-80℃沖擊功大于100J，解決了極寒地區油氣輸送管線的韌性不足問題。為實現上述專利技術目的，本專利技術采用了如下技術設計：一種低溫用高強高韌埋弧焊絲及應用方法，以重量百分比計焊絲的化學成分組成為：C0.06-0.11％，Si0.08-0.22％，Mn1.0-3.0％，Ni1.0-3.0％，Mo0.1-0.4％，Ti0.01-0.05％，B0.002-0.006％，P≤0.011％，S≤0.005％，余量為Fe及不可避免的雜質。本專利技術各化學元素的限定理由分別敘述如下：C：焊縫金屬強度保障的重要因素，隨C含量的增加，屈服強度和抗拉強度升高；但過高的C含量將促進高碳馬氏體形成，嚴重危害焊縫金屬低溫韌性降低和抗裂性能。因此，本專利技術在保障強度、高的低溫韌性和抗裂性能的前提下，將C含量控制為0.06-0.11％。Si：主要作為脫氧劑，在焊接過程能保障焊縫金屬充分脫氧，避免其他氧化物夾雜形成；此外Si還可以增加焊縫金屬的強度，但當焊縫金屬中Si含量大于0.6％時會嚴重影響焊縫金屬低溫韌性。為此，本專利技術控制焊絲中Si含量在Si0.08-0.22％之間。Mn：具有良好的脫氧和脫硫作用，同時也是保證強度的主要合金元素之一，其強化能力僅次于C元素。添加Mn元素能有效降低γ→α相變溫度，添加1.0-1.5％的Mn可使γ→α相變溫度降低50℃，能抑制晶界先共析鐵素體的形成，促進焊縫金屬中針狀鐵素體的形成。此外，Fe-Mn相圖與Fe-Ni相圖相近，可在一定程度上以Mn代Ni來提高焊縫金屬低溫韌性。但過高的Mn含量將導致淬透性大幅提升，馬氏體含量增加，不利于低溫韌性和抗裂性能。因此，本專利技術將焊絲中的Mn含量控制為Mn1.0-3.0％。Ni：本專利技術中重要的元素之一，一方面能保障焊縫金屬的強度，另一方面能提高焊縫金屬低溫韌性。Ni可無限固溶于γ-Fe中，是擴大γ相區的元素，添加Ni能促進針狀鐵素體的形成，提高焊縫金屬韌性，降低韌脆轉變溫度。考慮到經濟成本，本專利技術將Ni含量定為1.0-3.0％。Mo：中強碳化物形成元素，可提高焊縫金屬強度。此外，Mo可推遲先共析鐵素體的轉變，并強烈抑制珠光體轉變，促進針狀鐵素體形成，可提高焊縫金屬低溫韌性。Mo含量在0-1.1％之間變化時，焊縫組織為先共析鐵素體、側板條鐵素體和針狀鐵素體，韌性和強度同時增加，但也促進了M-A組元和貝氏體形成，同時屈強比和延伸率下降。因此，本專利技術控制Mo含量為0.1-0.4％。Ti：脫氧元素，且與氮有很強的親和力。Ti與奧氏體中N反應生成TiN顆粒，可作為針狀鐵素體的形核核心，能有效阻止晶粒長大，提高焊縫金屬低溫韌性。本專利技術將Ti含量控制為Ti0.01-0.05％B：在Ti元素的保護下，B在奧氏體晶界偏析，提高晶界能，可有效抑制晶界鐵素體和側板條鐵素體的形成，對提高韌性有益。本專利技術將B含量控制為0.002-0.006％。P、S：有害元素，可顯著降低焊接性能。會降低焊縫金屬的低溫韌性和抗H2S應力腐蝕性能，應盡量將P、S控制在一個較低的水平。本專利技術將其含量控制為P≤0.011％，S≤0.005％。其余為Fe及不可避免的雜質。本專利技術焊絲制備采用行業內通用的常規生產制造工藝，沒有特定要求。按上述比例取各組分混合均勻后，經真空爐冶煉，鍛造、熱軋、拔絲、鍍銅、纏軸、包裝等工序，即得到焊絲。上述低溫用高強高韌埋弧焊絲化學成分中Mo含量為0.1-0.3％時，Mn:Ni＝3:2-3:7；Mo含量為0.3-0.4％時，Mn:Ni＝4:1-4:3。一種采用上述低溫用高強高韌埋弧焊絲焊接金屬的方法，其特征在于：所述的焊絲搭配堿度1.0-2.5燒結焊劑，在電流600-1200A，電壓33-42V，總熱輸入量40-65kJ/cm的條件下制得焊縫金屬。焊縫金屬組織為超細的交錯式針狀鐵素體，焊縫金屬屈服強度為550-700MPa，抗拉強度為680-780MPa，延伸率≥20％，-80℃V型缺口沖擊功在100J以上。與國內現有焊絲相比，本專利技術的特點至少在于：1.本專利技術焊絲成分簡單、易于控制，且與堿性燒結焊劑匹配，適用于高級別管線鋼(屈服強度達到550-700MPa)的多絲內外埋弧焊接，焊前不需預熱，焊后不用熱處理，可用于直縫焊管制備的高速埋弧自動焊接，焊接速度可達0本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低溫用高強高韌埋弧焊絲，其特征在于：以重量百分比計焊絲的化學成分組成為：C?0.06?0.11％，Si?0.08?0.22％，Mn?1.0?3.0％，Ni?1.0?3.0％，Mo?0.1?0.4％，Ti?0.01?0.05％，B?0.002?0.006％，P≤0.011％，S≤0.005％，余量為Fe及不可避免的雜質。

【技術特征摘要】
1.一種低溫用高強高韌埋弧焊絲，其特征在于：以重量百分比計焊絲的化學成分組成為：C0.06-0.11％，Si0.08-0.22％，Mn1.0-3.0％，Ni1.0-3.0％，Mo0.1-0.4％，Ti0.01-0.05％，B0.002-0.006％，P≤0.011％，S≤0.005％，余量為Fe及不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的一種低溫用高強高韌埋弧焊絲，其特征在于：焊絲化學成分中Mo含量為0.1-0.3％時，Mn:Ni＝3:2-3:7；Mo含量為0.3-0.4％時，Mn:N...

【專利技術屬性】
技術研發人員：尚成嘉，張宇，王學林，王學敏，王智權，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：發明
國別省市：北京,11