石油、天然气输送管道专用焊丝.pdf

一种石油天然气输送管道专用焊丝，由下列化学成分按质量百分比制成：Cr0.10-0.40％，Mo0.30-0.50％，C0.07-0.11％，Si0.11-0.24％，Mn1.55-1.80％，Nb0.015-0.04％，V0.01-0.03％，Ti0.03-0.07％，B0.003-0.007％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明具有强度高，韧性好，耐腐蚀，抗焊接冷裂能力强等特点，其抗拉强度大于680MPa，屈服强度大于590MPa。焊接后，焊缝成型美观，无裂、无焊瘤和咬边等有害缺陷，其焊缝与X80钢具有很好的匹配效果，能满足压力较高的情况下输送天然气的需要。

1.  一种石油天然气输送管道专用焊丝，其特征是它由下列化学成分按质量百分比制成：Cr0.10—0.40％，MoO.30—0.50％，C0.07—0.11％，Si0.11—0.24％，Mn1.55—1.80％，Nb0.015—0.04％，V0.01—0.03％，Ti0.03—0.07％，B0.003—0.007％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。

2.  根据权利要求1所述的石油天然气输送管道专用焊丝，其特征是由下列化学成分按质量百分比制成：Cr0.30％，Mo0.42％，C0.08％，Si0.22％，Mn1.60％，Nb0.03％，V0.02％，Ti0.06％，B0.004％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。

3.  根据权利要求1所述的石油天然气输送管道专用焊丝，其特征是由下列化学成分按质量百分比制成：Cr0.25％，Mo0.37％，C0.08，Si0.15％，Mn1.70％，Nb0.04％，V0.025％，Ti0.05％，B0.006％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。

石油、天然气输送管道专用焊丝
技术领域
本发明涉及一种焊丝，尤其是涉及一种石油天然气输送管道专用焊丝。
背景技术
随着我国石油天然气输送事业的发展，输油、气管道输送压力和管径的逐渐增大，开始采用X80钢级大口径钢管，该钢管韧性好，延伸率和抗冲击性能比较高，能承受较大的应力，具有良好的抗震及气密性能。由于钢管强度和韧性大幅提高，作为与天然气输送工程用钢配套的焊接材料，不仅要具有优良的力学性能和耐腐蚀性能，而且要具有较好的工艺适应性。对于X80以上高强度管道，如果环焊缝不匹配，HAZ粗晶区软化严重，那么会对管道承载能力、耐腐蚀性能、韧性将会造成极大影响，因此目前对强度高、韧性好、低温冲击值高的焊丝需求很大，然而纵观现有焊接材料，却很少发现品质高、成本低的专业石油天然气输送管道专用焊丝。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐海水腐蚀、具有优良的综合力学性能的埋弧焊丝，以解决现有海洋工程用钢进行埋弧焊时，缺乏专用焊接材料的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：它由下列化学成分按质量百分比制成：Cr 0.10—0.40％，Mo 0.30—0.50％，C 0.07—0.11％，Si 0.11—0.24％，Mn 1.55—1.80％，Nb 0.015—0.04％，V 0.01—0.03％，Ti 0.03—0.07％，B 0.003—0.007％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
作为优选，在本发明组分中：Cr 0.30％，Mo 0.42％，C 0.08％，Si 0.22％，Mn 1.60％，Nb 0.03％，V 0.02％，Ti 0.06％，B 0.004％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
作为优选，在本发明组分中：Cr 0.25％，Mo 0.37％，C 0.08，Si 0.15％，Mn 1.70％，Nb 0.04％，V 0.025％，Ti 0.05％，B 0.006％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明化学成分中，碳元素是强间隙固溶强化元素，可提高强度，但不能依靠其提高强度。将焊丝中碳含量控制在0.07—0.11％，即保持一定的韧性，也获得了良好的焊接性。
焊丝中的Cr含量控制在0.1—0.4％内，能提高焊缝的抗氧化性。同时可提高焊缝中针状铁素体含量并细化铁素体晶粒，能显著提高焊缝强度和低温韧性。
Mn能推迟奥氏体冷却时铁素体的析出，有效地起到对铁素体固溶强化和细化晶粒作用。当焊丝中的含锰量在1.55—1.80％时，焊缝可保持较高的塑性及韧性。Si元素与Mn起着联合脱氧作用，可从熔化的金属中以分离氧化和分离汽化作用带走氧，当焊丝中Si的含量控制在0.11—0.24％时，可增强焊缝延展性、增大抗张强度。
Mo元素的添加，提高了焊缝耐硫化物应力蚀裂性。使钢管可以用于pH值为4.0和0.001MPa的硫化氢环境中。特别是0.35—0.40％的Mo，还可提高了焊缝钢的淬透性，并通过降低珠光体转变温度来提高焊缝的强度和硬度。
此外，为了补偿由于低碳造成的强度损失。本发明还加入Nb、Ti等微合金元素，当焊丝中的Nb元素在0.015—0.03％之间时，可以使晶粒细化，并且Nb的碳化物以NbC质点析出来阻止再结晶和晶粒长大，从而得到的焊缝具有良好的延性和可弯曲性、更高屈服强度的室温组织。并且Nb与Mn、Mo元素协同作用，可以进一步提高焊缝的沉淀强化效果。展现出特别高的屈服强度和良好的韧性。焊丝中添加0.05—0.08％的Ti，焊接时可以有效地防止在热影响区产生晶间应力腐蚀裂纹，并且Ti的氮化物可以可以有效地抑制先共析铁素体的形成，使焊缝获得细小、均匀的针状铁素体组织。当焊丝中的B在0.003—0.007％时，可使焊缝具有高的淬透性，并且Mo、B复合作用使过冷奥氏体向铁素体的等温转变曲线进一步右移，使贝氏体转变开始线明显突出，促进低碳贝氏体形成。
当焊丝中的V在0.01—0.03％时，其氮化物和碳化物析出物非常细小，能提高铁素体晶粒的强度，还能控制焊缝冷却速率，有利于得到低碳贝氏体组织。
同时，微合金元素Nb、Ti、V、B复合应用具有协同作用，如TiN固定了焊缝中的自由氮，就可以增强了Nb对奥氏体调节和相转变的影响，得到更多的贝氏体组织，并且通过Ti、B的复合固氮作用，改善了HAZ晶间矩阵的韧性。另外，Ti、Nb复合固碳可以改善了焊缝的韧性和焊接性，有效遏制HAZ粗晶区软化现象，V、Ti复合又可充分发挥对多次再结晶新晶界的阻滞作用。而Nb、V、Ti对奥氏体晶界的钉扎作用可使相变后铁素体晶粒得到进一步细化。并且由于Nb、V、Ti之间综合作用，使得析出相中V具有更高的热稳定性。
S、P作为杂质元素，应控制在合理范围内，当焊丝中P>0.01％时，S>0.02％时，焊丝的焊接性能及焊缝金属的耐候性将会大大降低。
本发明经过电炉冶炼，扎制，拉丝，镀铜，绕盘等工序制成。
综上所述，本发明通过对化学成分进行合理的设计，使得本发明具有强度高，韧性好，耐腐蚀，抗焊接冷裂能力强等特点，其抗拉强度大于680MPa，屈服强度大于590MPa。焊接后，焊缝成型美观，无裂、无焊瘤和咬边等有害缺陷，其焊缝与X80钢具有很好的匹配效果，能满足压力较高的情况下输送天然气的需要。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：按本发明配比计量各组分，其中Fe采用低P、S钢坯，通过200KG真空感应电炉冶炼出焊丝用钢，再经过扎制，拉丝，表面镀铜，绕盘等工序制成4mm的焊丝。该焊丝的化学成分为(Wt％)：Cr 0.30％，Mo 0.42％，C 0.08％，Si 0.22％，Mn 1.60％，Nb 0.03％，V 0.02％，Ti 0.06％，B 0.004％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
采用上述焊丝，配合大西洋CHF101GX焊剂进行熔敷金属试验。其焊接规范为：焊接电流600—650A，焊接电压32V，焊接速度为53.8cm/分钟，堆敷层数为5层。所得熔敷金属的力学性能为：屈服强度σ_s(Mpa)＝590，抗拉强度σ_b(Mpa)＝700，延伸率δ₅＝26％，Axv(-20℃)≥160J
采用上述焊丝，配合大西洋CHF101GX焊剂进行焊接接头试验。试验时的试板选用鞍钢产为X80管线钢，该钢板化学成分如下：Cu 0.11％，Ni 0.38％，Cr 0.3％，Mo 0.34％，C 0.08％，Si 0.22％，Mn 1.81％，Nb 0.055％，V 0.002％，Ti 0.022％，B 0.002％，P 0.01％，S 0.028％，该钢板的屈服强度σ_s(Mpa)＝567，抗拉强度σ_b(Mpa)＝650，Axv(-40℃)＝63J。
焊接接头参数为：X型坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°。焊前对坡口区域进行了除油、水处理。
焊接规范为：焊接电流600—650A，焊接电压32V，焊接速度为56cm/分钟，焊接后对接头进行外观检查表明：焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。
焊缝拉伸实验表明：焊缝抗拉强度为702Mpa，其接头断在焊缝外12cm处，断口情况正常；弯轴直径为110mm，弯曲角度为180度，试验后试样弯曲表面未产生任何裂纹，表明接头工艺性能良好，有很好的延性和致密性；
低温韧性实验：试验温度为-20℃，缺口位置分别位于焊缝和热影响区，试样位于厚度的中部，其中3个试样的焊缝夏比冲击功分布范围为185～237J，试样的剪切面积分布范围为80～88％。而3个试样的热影响区冲击功分布范围为127～301J，试样的剪切面积分布范围为55～85％。
实施例2：按本发明所述配比计量各组分，其中Fe采用低P、S钢坯，通过200KG真空感应电炉冶炼出焊丝用钢，再经过扎制，拉丝，表面镀铜，绕盘等工序制成焊丝，该焊丝的化学成分为(Wt％)：Cr 0.25％，Mo 0.37％，C 0.08，Si 0.15％，Mn 1.70％，Nb 0.04％，V 0.025％，Ti 0.05％，B 0.006％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
采用上述焊丝，配合大西洋CHF101GX焊剂进行焊接接头试验。试验时的试板选用鞍钢产为X80管线钢，其焊接接头、焊接规范参数与实施例1相同。
焊接后对接头进行外观检查表明：焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。焊缝拉伸实验表明：焊缝抗拉强度为710Mpa，其接头断在焊缝外13cm处，断口情况正常；弯轴直径为110mm，弯曲角度为180度，试验后试样弯曲表面未产生任何裂纹，表明接头工艺性能良好，有很好的延性和致密性。
低温韧性实验：试验温度为-20℃，缺口位置分别位于焊缝和热影响区，试样位于厚度的中部，其中3个试样的焊缝夏比冲击功分布范围为180～235J，试样的剪切面积分布范围为80～87％。而3个试样的热影响区冲击功分布范围为155～295J，试样的剪切面积分布范围为57～85％。
实施例3：按本发明所述配比计量各组分，其中Fe采用低P、S钢坯，通过200KG真空感应电炉冶炼出焊丝用钢，再经过扎制，拉丝，表面镀铜，绕盘等工序制成焊丝，该焊丝的化学成分为(Wt％)：Cr 0.10％，Mo 0.30％，C 0.07％，Si 0.24％，Mn 1.55％，Nb 0.04％，V 0.03％，Ti 0.03％，B 0.007％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
采用上述焊丝，配合大西洋CHF101GX焊剂进行焊接接头试验。试验时的试板选用鞍钢产为X80管线钢，其焊接接头、焊接规范参数与实施例1相同。
焊接后对接头进行外观检查表明：焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。焊缝拉伸实验表明：焊缝抗拉强度为685Mpa，其接头断在焊缝外11cm处，断口情况正常；弯轴直径为110mm，弯曲角度为180度，试验后试样弯曲表面未产生任何裂纹，表明接头工艺性能良好，有很好的延性和致密性。
低温韧性实验：试验温度为-20℃，缺口位置分别位于焊缝和热影响区，试样位于厚度的中部，其中3个试样的焊缝夏比冲击功分布范围为175～227J，试样的剪切面积分布范围为80～85％。而3个试样的热影响区冲击功分布范围为110～273J，试样的剪切面积分布范围为43～82％。
实施例4：按本发明所述配比计量各组分，其中Fe采用低P、S钢坯，通过200KG真空感应电炉冶炼出焊丝用钢，再经过扎制，拉丝，表面镀铜，绕盘等工序制成焊丝，该焊丝的化学成分为(Wt％)：Cr 0.40％，Mo 0.50％，C 0.11％，Si 0.11％，Mn 1.80％，Nb 0.015％，V 0.01％，Ti 0.07％，B 0.003％，P≤0.01％，S≤0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
采用上述焊丝，配合大西洋CHF101GX焊剂进行焊接接头试验。试验时的试板选用鞍钢产为X80管线钢，其焊接接头、焊接规范参数与实施例1相同。
焊接后对接头进行外观检查表明：焊缝表面成形均匀，平滑地向母材过渡，无裂、焊瘤和咬边等有害缺陷。焊缝拉伸实验表明：焊缝抗拉强度为690Mpa，其接头断在焊缝外10cm处，断口情况正常；弯轴直径为110mm，弯曲角度为180度，试验后试样弯曲表面未产生任何裂纹，表明接头工艺性能良好，有很好的延性和致密性。
低温韧性实验：试验温度为-20℃，缺口位置分别位于焊缝和热影响区，试样位于厚度的中部，其中3个试样的焊缝夏比冲击功分布范围为185～225J，试样的剪切面积分布范围为80～85％。而3个试样的热影响区冲击功分布范围为97～253J，试样的剪切面积分布范围为41～80％。