[发明专利]X100管线钢用气体保护焊焊丝

说明书

技术领域

本发明属于金属材料焊接用实芯焊丝，特别是一种X100管线钢用气体保护焊实芯焊丝，特别适用于在80％Ar+20％CO₂富氩气体保护下、对X100等级高压油、气输送管线钢进行气体保护焊。

背景技术

天然气作为一种高效清洁的能源正日益受到人们的重视。由于天然气田一般位于远离消费市场的荒漠地区，如何安全、经济地将天然气输送到消费市场一直是天然气产业发展的关键问题之一。通过技术创新及采用更高压力和更高强度的管道是降低天然气长距离输送成本最有效的途径，也是天然气长输管线发展的趋势。输送压力的提高要求采用更高强度级别的管线钢。如今，世界范围内的天然气长输管道建设已从过去的X52，X60和X65管线钢发展到X70和X80高强度管线钢，且正向X90-X120等级高强度管线钢发展。宝钢、鞍钢、南钢等国内各大钢厂已经开发出了X100级管线钢，未来X100级管线钢将成为发展趋势，但相应的气体保护焊实芯焊丝仍然处于空白。

在申请号为200810052501，发明名称为《X80钢级管线钢用气体保护焊实芯焊丝》的专利文献中公开了一种专用于X80管线钢的气体保护焊丝。该焊丝由于不含Cr元素，且Ni、Mo元素的含量又不足，而又含Ti元素，加之其它成份含量的差异，因而与X100管线钢合金体系的匹配性差，且其熔敷金属性能不能满足要求；而申请人在公开号为CN101362263A、名称为《X80等级钢油、气输送管气体保护焊用焊丝》的专利文献中公开了一种专用于X80管线钢的气体保护焊丝，该焊丝虽然含Cr元素，但Ni、Mo元素的含量仍不足、特别是Ni元素的含量远不能满足要求，同时不但含有Ti元素、还含有B元素，以及其它成分含量之间比例的差异，因而仍存在与X100管线钢合金体系的匹配性差，其熔敷金属性能不能满足X100管线钢对焊接的要求等缺陷。

发明内容

本发明的目的是研究设计一种X100管线钢用气体保护焊焊丝，以达到焊接成管道后焊缝的性能与X80管材的成分、性能更理想地匹配，使焊缝具有与管道本体相近的高强度、高韧性、抗腐蚀性好及较低的硬度等优良性能，焊接工艺性好；以提高油、气输送管道的输送能力、运输的安全性，延长管道输送的寿命、降低管道运输线维护保养的工作量等目的。

本发明的解决方案是针对背景技术存在的缺陷，在背景技术基础上成倍增加了焊丝中Ni元素的含量、并适当提高Mo元素的含量；由于Ti、B元素虽然可促进针状铁素体的形成，但却会造成焊接电弧吹力变软、焊接的工艺差；因此本发明在成倍增加Ni元素的含量及提高Mo元素的含量的基础上、根据X100管线钢的合金成分、针对性地调整部分成分的含量及相互之间的比例，同时从焊丝成分中取消Ti、B两种元素；即针对：

碳是扩大γ相区的元素，但它的溶解度是有限的，如果焊缝中存在大量的C，因其淬硬性显著增强，冷裂纹倾向变大；同时，C元素为间隙固溶强化元素，由于引起基体点阵的显著畸变，致使基体微裂纹易于产生和扩展，将使焊缝金属的冲击功大大下降；且碳含量过高将导致焊接飞溅及焊接烟尘的增大，对焊接工艺性能不利；本发明在保证焊缝金属与母材的C含量相当的前提下、通过适当提高Mn含量，同时通过加Mo、Ni、Cr等微合金元素，以保证焊缝金属强度与母材相匹配；

Mn也是保证强度的主要合金元素之一，其强化能力仅次于C元素，添加Mn元素的一个重要作用是该元素能有效降低γ→α的转变温度，抑制晶界先共析铁素体的形成，促使焊缝中形成针状铁素体组织。同时，考虑Mn/C比与熔敷金属的关系，随着Mn/C比值的增加，韧性有所降低。所以在该合金系统中，不能一味的强调降低C含量，必需考虑Mn/C的合理配比；因此，本发明将焊丝中的Mn含量控制在1.6-2.2wt％；

Cr是一种具有钝化倾向的金属元素，通过提高钢在电介质中的电极电位而提高化学稳定性的方式来提高耐腐蚀性能，但单独添加Cr元素并不能迅速提高耐蚀能力，只有与其他耐蚀合金联合添加才能显著提高耐蚀性；且Cr可以提高焊缝金属强度，Ni通过钝化方式来提高钢耐腐蚀能力，亦能提高钢抗腐蚀疲劳能力，可以防止焊缝的氧化，提高钢对疲劳的抗力和减少钢对缺口的敏感性，降低韧脆转变温度，对大气及盐都有抗蚀能力；Mo能降低相变温度，抑制块状铁素体的形成，促进针状铁素体的转变，并能提高Nb(C，N)的沉淀强化效果，因而Mo在提高钢的强度的同时可降低韧脆转变温度；为了达到合理的强韧性的匹配，焊丝中Cr、Ni、Mo含量分别控制在0.20-0.45wt％、1.80-2.60wt％和0.50-0.65wt％。