[发明专利]管线钢用高强度埋弧焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种管线钢用高强度埋弧焊丝，属于焊接材料制造技术领域， 特别适用于X100级管线钢板的高速埋弧焊接。

背景技术

油气输送管采用高钢级管材制造可在同样输量下提高输送压力，缩小管 材直径，相应减轻管材的重量，降低管材的成本及管材的运输费用，同时还 可减少管线建设的施工费用(因开沟费、焊接费用等减少)，防腐涂层费用等。 在有些情况下还可使压缩机站的数量减少。目前西气东输二线大量使用的X80 材质管线钢比采用X70材质管线钢管道建设总成本节省约42亿元人民币。为 了提高油气输送管线的输送效率，降低铺设费用，油气输送管道将向大口径、 高压力方向发展，高钢级管线钢将成为今后长距离输送管道的主要用钢。X100 管线钢是当今世界超高强度管线钢级，也是国内外管线钢开发的热点之一， X100钢管的应用可显著节省长距离油气输送管线的总成本。宝钢、鞍钢等国 内各大钢厂已开发出了X100级管线钢，未来X100管线钢将成为发展趋势， 但相应的埋弧焊焊丝仍然处于空白。

由于X100级管线钢的碳含量已达到低于0.07％的超低碳水平，其金属组 织以贝氏体铁素体为主，要求焊缝金属与其相匹配，所以现有埋弧焊丝已无 法满足X100管线钢焊接要求，急需开发适用于X100焊管焊接使用的新型埋弧 焊丝。目前国内管线钢用焊丝最高级别达到X80钢级，焊缝抗拉强度只有 625MPa，而抗拉强度达到760MPa以上的管线钢埋弧焊丝未见有报道。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种管线钢用高强度埋弧焊丝，适用于X100 级管线钢的焊接，且焊缝金属的抗拉强度σ_b≥760Mpa；焊缝金属-10℃下的 冲击功A_kv≥120J，适用于高焊速大线能量埋弧焊接。

本发明的设计思路：焊缝的碳含量增加虽然可以提高焊缝针状铁素体的 量而减少先共析铁素体的量，但过多的C元素，在焊管生产中促进贝氏体甚 至马氏体的产生，而且不利于焊缝抗冷裂性能。本发明从成份设计上适当降 低焊丝C含量，以保证焊缝金属与母材的C含量相当。焊丝C含量减少而引 起强度的降低，可通过适当提高Mn、Si含量来弥补，同时添加Mo、Ni、 Ti、B等微合金元素，限制S、P等元素的含量，以提高焊缝金属的强韧性。

Mn是奥氏体化稳定元素，在一定范围内，焊缝中增加Mn不仅可提高针 状铁素体的体积分数，减少先共析铁素体数量，同时容易得到低碳贝氏体组 织，锰含量的增加既可提高焊缝韧性，又可提高焊缝强度。

Mo可降低相变温度，抑制先共析铁素体的生成，促进针状铁素体的转变， 增加针状铁素体的比例，并能提高碳氮化物的沉淀强化效果。加入Ni可细化 晶粒，降低韧脆转变温度，使焊缝既有高强度又有高韧性。但Ni、Mo超过一 定数量时，会形成马氏体组织，为了达到合理的强韧性的匹配，焊丝中Ni、 Mo含量分别控制在0.7-3.0％和0.20-0.60％。

Ti和B作为微合金元素同时加入，Ti与N形成TiN颗粒，可细化晶粒， Ti还能减少先共析铁素体形成，增加针状铁素体含量。B能偏析在晶界与N 形成化合物，有效阻止焊缝金属的晶粒长大，同时加入B可使CCT曲线右移， 抑制先共析铁素体析出，得到更多的针状铁素体，从而提高焊缝韧性，但B 的加入需在添加Ti的前提下，保证B不被氧化。

添加适量的稀土元素可改善焊缝组织，减少柱状晶和网状树枝晶，细化 晶粒，提高焊缝的冲击韧性。

S、P元素降低焊缝金属的低温冲击韧性，应严格限制含量，以保证焊缝 金属中S、P控制在较低的水平。

本发明埋弧焊丝，与BG-SJ101H1焊剂和其它管线钢专用焊剂匹配能得到 最佳的焊缝强韧性。

本发明的技术关键在于确定C、Mn、Si、Ni、Mo、Ti、B及稀土元素的 合理成份范围，使焊缝金属具有760MPa高强度的同时具有高的低温冲击韧性， 对大线能量、高焊接速度的X100焊管焊接有较高的适应性。

本发明技术解决方案一：该焊丝化学成份Wt％为C 0.02-0.10；Si 0.10-0.60；Mn 1.50-2.50；P＜0.010；S＜0.010；Ni 0.7-3.0；Ti 0.05-0.2；Mo 0.20-0.60；B 0.003-0.02；余量为Fe。