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1、(10)申请公布号 CN 103084752 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103084752 A *CN103084752A* (21)申请号 201310025309.1 (22)申请日 2013.01.23 B23K 35/30(2006.01) B23K 9/18(2006.01) B23K 101/10(2006.01) (71)申请人 宝山钢铁股份有限公司 地址 201900 上海市宝山区富锦路 885 号 (72)发明人 曹能 钱伟方 刘硕 (74)专利代理机构 上海开祺知识产权代理有限 公司 31114 代理人 竺明 (54) 发明名称 一种 X100 管。
2、线钢用高强高韧埋弧焊丝 (57) 摘要 一种 X100 管线钢用高强高韧埋弧焊丝， 其成 分重量百分比为 ： C0.01 0.06， Si0.30 0.50， Mn1.20 1.80， Cr0.20 0.50， Ni1.50 3.00， P 0.010， S 0.005， Ti0.01 0.10， Mo0.30 0.60， B0.001 0.008， Al0.01 0.03， Nb0 0.06， 其余为 Fe 和不可避免杂质， 且， C+Mn/10 的值控制在 0.18 0.20之间， Al+Ti+10B 的 值控制在 0.100 0.115之间。本发明 X100 管线钢用高强高韧埋弧焊丝与管。
3、线钢 X100 相匹 配， 该焊丝与碱性焊剂匹配时能够获得适应 X100 管线钢焊接接头要求的焊缝， 其抗拉强度大于 760MPa， 焊缝金属 -40冲击功大于 150J。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 103084752 A CN 103084752 A *CN103084752A* 1/1 页 2 1. 一种 X100 管线钢用高强高韧埋弧焊丝， 其成分重量百分比为 ： C0.01 0.06， Si0.30 0.50， Mn1.20 1.80， C。
4、r0.20 0.50， Ni1.50 3.00， P 0.010， S 0.005， Ti0.01 0.10， Mo0.30 0.60， B0.001 0.008， Al0.01 0.03， 其余为 Fe 和不可避免杂质， 且， C+Mn/10 的值控制在 0.18 0.20之 间， Al+Ti+10B 的值控制在 0.100 0.115之间。 2. 如权利要求 1 所述的 X100 管线钢用高强高韧埋弧焊丝， 其特征是， 还包括 Nb0 0.06， 重量百分比计。 权 利 要 求 书 CN 103084752 A 2 1/4 页 3 一种 X100 管线钢用高强高韧埋弧焊丝 技术领域 000。
5、1 本发明属于钢铁产品线材类， 特别涉及一种 X100 管线钢用高强高韧埋弧焊丝， 该 焊丝与碱性焊剂匹配时能够获得适应 X100 管线钢焊接接头要求的焊缝， 其抗拉强度大于 760MPa， 焊缝金属 -40冲击功大于 150J。 背景技术 0002 管线钢用于制造石油、 天然气输送管道用焊管， 天然气输送管道通常采用大口径 高压输送的方式， 这种输送方式对板材提出了高强、 高韧的要求。近年来， 高等级管线钢 ( 如 X80) 开始大范围的应用在管道工程中， 如中国的西气东输二线主线全部采用 X80 管线 钢铺设。更高等级的管线钢 (X100) 也已经被开发出来， 将会逐步应用到工程中去。由于。
6、 X100 以上的管线钢强度非常高， 而且管道对焊管的低温韧性要求非常高， 因此要求采用的 埋弧焊丝和焊剂匹配焊接的焊缝也具有高强、 高韧的特性。 0003 国内使用最广泛的埋弧焊丝为H08MnMoTiB(专利号CN1068528A)， 该焊丝与SJ101 焊剂匹配能够获得良好的焊缝冲击韧性以及抗拉强度， 在陕京线、 陕京二线、 西气东输一线 等国家重大输气管线中得到了大量的应用， 并获得良好的效果。但是该焊丝匹配管线钢的 等级主要范围在 X60 X70 之间， 在匹配 X80 时， 焊缝强度稍显不足。 0004 现有国内管线用埋弧焊丝匹配的管线钢钢级 X70 及以下包括中国专利 CN1068。
7、528A、 CN1273897、 CN1077152、 CN1273897A、 CN1305879A。匹配 X80 管线钢的的焊丝如 中国专利 CN1376553A、 CN101104229。中国专利 CN1376553A 主要化学成分为 Mn、 Si、 Mo、 Ni、 Ti、 B、 Cu、 Zr 等元素， 通过多元素综合作用提高焊缝的强度和韧性 ； 中国专利 CN101104229 主要化学成分为 Mn、 Si、 Mo、 Cr、 Ti、 B 等元素， 该专利在专利 CN1068528A 基础上提高 Mn 含 量， 同时加入 Cr 来提高焊缝的强度以适应 X80。 0005 中国专利 CN13。
8、76553A 焊丝与焊剂 SJ102 匹配后得到的焊缝强度在 650MPa 左右。 中国专利 CN101104229 焊丝与 BGSJ101-G 焊剂匹配能得到焊缝金属抗拉强度大于 700MPa ； 焊缝金属 -20冲击功大于 150J。 0006 焊缝强度达到 X100 要求的焊丝如中国专利 CN1919524， 化学成分为 ： C0.06 0.12， Si0.03 0.20， Mn1.50 2.00， Cr0.20 0.60， Ni1.40 2.60， Mo0.10 0.50， Cu0.10 0.60， Ti0.06 0.20， B0.002 0.010， 余量为 Fe 及不可避免的杂质。。
9、该焊丝与 碱性烧结焊剂匹配， 焊缝的抗拉强度 800MPa， -40冲击韧性 AKV 47J。该焊丝的强度达 到了 X100 大于 760MPa 的要求， 但是冲击韧性值偏低， 有待于进一步提高。 发明内容 0007 本发明的目的提供一种 X100 管线钢用高强高韧埋弧焊丝， 与管线钢 X100 相匹配 的高强高韧埋弧焊丝， 该焊丝与碱性焊剂匹配时能够获得适应 X100 管线钢焊接接头要求 的焊缝， 其抗拉强度大于 760MPa， 焊缝金属 -40冲击功大于 150J。 0008 为达到上述目的， 本发明的技术方案是 ： 说 明 书 CN 103084752 A 3 2/4 页 4 0009 。
10、一种 X100 管线钢用高强高韧埋弧焊丝， 其成分重量百分比为 ： C0.01 0.06， Si0.30 0.50， Mn1.20 1.80， Cr0.20 0.50， Ni1.50 3.00， P 0.010， S 0.005， Ti0.01 0.10， Mo0.30 0.60， B0.001 0.008， Al0.01 0.03， Nb0 0.06， 其余为 Fe 和不可避免杂质， 且， C+Mn/10 的值控制在 0.18 0.20之间， Al+Ti+10B 的值控制在 0.100 0.115之间。 0010 进一步， 本发明埋弧焊丝成分中还包括 Nb0 0.06， 重量百分比计在本发明。
11、焊 丝成分设计中 ： 0011 C 元素含量对焊缝的强度和韧性具有较大的影响。当 C 含量较低时， 焊缝强度较 低， 铁素体比例增加， 韧性较高。当 C 含量较高时， 焊缝强度增加， 珠光体比例增加， 焊缝韧 性下降。将 C 含量控制在 0.01 0.06， 用来提高焊缝的韧性。 0012 Mn 可以起脱氧作用， 防止导致热裂纹产生的碳化铁夹杂物形成， 促使铁素体晶粒 和碳化物细化， 从而提高焊缝的强度和韧性。本发明中 Mn 含量控制在较高的水平， 主要用 来提高焊缝强度， 弥补低 C 造成的强度损失。将 Mn 含量控制在 1.20 1.80。 0013 加入适量 Si、 Al 可以脱氧， 阻。
12、止 O 与 B 结合， 同时 Al 与 N 形成的 AlN 可以细化晶 粒， 提高焊缝的韧性。将 Si 含量控制在 0.30 0.50， Al 含量控制在 0.01 0.03。 0014 Mo 是较强的固溶强化元素， 可以提高焊缝强度， 另外 Mo 元素推迟奥氏体的转变温 度， 抑制先共析铁素体和侧板条铁素体的形成， 促进晶内针状铁素体的形成， 提高焊缝低温 韧性。将 Mo 含量控制在 0.30 0.60。 0015 B 的原子半径很小， 会大量偏析到奥氏体晶粒边界， 提高晶界能量， 抑制晶界铁素 体和侧板条铁素体的形成， 提高焊缝韧性。将 B 含量控制在 0.001 0.008。 0016 。
13、Ti 与奥氏体中的 N 反应生成 TiN 颗粒， TiN 具有很低的溶解度， 在焊缝中形成很细 的弥散物， 可以有效的阻止晶粒长大， 同时成为针状铁素体的形核核心， 大大提高焊缝的韧 性。将 Ti 含量控制在 0.01 0.10。 0017 加入少量的 Nb 可以起到沉淀硬化的作用， 进一步提高焊缝的强度。将 Nb 含量控 制在 0 0.06。 0018 Cr 有利于提高焊缝中针状铁素体含量， 减少先共析铁素体， 并有细化铁素体晶粒 的作用， 提高焊缝的强度和韧性。将 Cr 含量控制在 0.20 0.50。 0019 Ni 是固溶于铁素体的合金元素， 在一定范围内可以提高焊缝的强度和韧性。加入。
14、 一定含量的 Ni 主要目的在于提高焊缝的低温韧性， 降低脆性转变温度。将 Ni 含量控制在 1.50 3.00。 0020 S、 P 是焊缝中的主要有害元素， 将会降低焊缝金属的低温韧性， 同时也会降低焊缝 的抗 H2S 应力腐蚀性能， 尽量控制在一个较低的水平， 其中 S 小于 0.005， P 小于 0.01。 0021 本发明不仅需要满足高强度的要求， 而且还需要获得极好的低温韧性要求， 因此 在设计时采用超低 C 来提高焊缝的韧性， 同时将 C+Mn/10 的值控制在 0.18 0.20之间， 在超低碳情况下， 此配比区间的 C、 Mn 组合能够获得良好的强度和韧性平衡。加入适当的 。
15、Al、 Ti 和 B， 使得 Al+Ti+10B 的值控制在 0.100 0.115之间， 在此范围内可以保证通过 Ti、 Al 与 O、 N 的反应， 防止 B 被过度氧化和氮化， 利用 B 原子提高先共析铁素体的形核能， 防止边界铁素体和侧板条铁素体的形成， 提高韧性。在此基础上， 利用 Ni 在低温条件下的 优良性能， 1.503.00的Ni可以显著的降低焊缝韧脆转变温度， 提高焊缝的低温韧性和 说 明 书 CN 103084752 A 4 3/4 页 5 稳定性， 使得焊缝金属即使在-40也具有非常高的冲击值。 另外通过Mo、 Cr和Nb的固溶、 沉淀、 析出强化保证焊缝强度达到 76。
16、0MPa 以上。同时采用低 S、 P 提高焊接接头的抗 H2S 应 力腐蚀性能。 0022 本发明的有益效果 0023 1. 本发明焊丝与碱性烧结焊剂匹配， 适用于管线钢的多丝内外埋弧焊接， 焊前不 需预热， 焊后不用热处理， 可以进行焊管制造的高速埋弧焊接， 焊接速度可达 1.0m/min 2.0m/min。 0024 2. 本发明焊丝与碱性烧结焊剂匹配， 对 X100 管线钢进行焊接， 所得焊缝金属具有 很高的强度和低温冲击韧性， 焊缝抗拉强度大于 760Mpa， 焊缝冲击韧性大于 150J(-40 )。 具体实施方式 0025 下面结合实施例对本发明做进一步说明。 0026 表 1 为本。
17、发明实施例的化学成分， 余量为 Fe。 0027 退火拉拔成直径 4mm 的焊丝， 与碱性烧结焊剂 SJ101G 匹配， 对 X100 管线钢进行双 面单道埋弧焊接。 0028 焊接接头性能如表 2 所示。从表 2 可以看出， 本发明的实施例不仅焊缝抗拉强度 都超过了 760MPa， 而且在 -40时的冲击功都超过了 150J， 远远高于 API 标准要求， 符合设 计要求。 0029 表 1 焊丝化学成分 单位 ： 重量百分比 0030 实施例CSiMnPSTiMoCrNiBNbAl 10.0340.401.540.0060.0039 0.0200.540.292.10.0077 0.058。
18、0.013 20.0280.371.700.0070.0045 0.0310.380.222.90.0060 0.0290.014 30.0370.381.500.0070.0037 0.0240.380.252.90.0063 0.019 40.0350.371.550.0060.0010 0.0290.500.351.90.0053 0.027 50.0470.351.400.0060.0021 0.0650.520.322.20.0030 0.015 60.0190.451.750.0070.0026 0.0460.420.382.00.0046 0.018 70.0570.311.350.0060.0027 0.0580.350.462.30.0018 0.025 0031 表 2 焊接接头拉伸及冲击性能 0032 说 明 书 CN 103084752 A 5 4/4 页 6 说 明 书 CN 103084752 A 6 。