[发明专利]一种低温韧性优异的高强度埋弧焊丝熔敷金属

说明书

技术领域

本发明涉及一种埋弧焊丝熔敷金属，特别是涉及一种低温韧性优异的高强度埋弧焊丝熔敷金属，属于焊接材料领域。

背景技术

目前，为提高天然气的输送效率，降低输送管线的建造投入和运营成本，级别较高的管线钢如X90～X100逐步有了其市场需求，国内各大钢企也已经积极开展此类钢板的研发，争取抢先进入市场。高钢级管线钢的大力研发，势必需要合适的焊接材料与之相匹配，以满足其高强度，高韧性的性能，而且在输送天然气过程中，H₂S对钢管的侵蚀产生氢，扩散至钢材内部将造成氢致裂纹（HIC），所以钢管的焊缝应和管体同样具有良好的抗氢致裂纹（HIC）能力。

目前直缝焊管均采用埋弧焊的方法将钢板制成焊管，多丝焊接、焊接速度快、焊接热输入高的特点要求有专用的焊接材料与之匹配，且该种接头焊缝金属熔合比高达70%左右，因此不能仅依靠焊丝成分来保证焊缝性能，而应设定熔敷金属的成分，最终使焊缝满足性能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温韧性优异的高强度埋弧焊丝熔敷金属，该熔敷金属综合性能优良，Pcm为0.24～0.30，屈服强度≥690MPa，抗拉强度≥760MPa，-60℃的冲击韧性＞100J，并具有良好的抗HIC性能，满足API对X100的技术要求。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种低温韧性优异的高强度埋弧焊丝熔敷金属，以重量百分比计，其化学成分为：C0.02～0.10%，Si0.1～0.5%，Mn1.5～3.0%，S≤0.006%，P≤0.012%，Ni0.1～1.0%，Cr0.1～0.5%，Mo0.2～0.8%，Cu0.1～0.5%，V0.01～0.1%，Nb0.01～0.1%，Ti0.005～0.1%，B0.001～0.01%，Ca0.002～0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质。匹配的焊剂碱度为1.5～3.5，采用多丝高速埋弧焊的方法制得，熔敷金属Pcm为0.24～0.30。

本发明熔敷金属化学成分设计原则如下：

C是保证焊缝强度的重要因素，因此C含量不宜过低，但过高的C含量会恶化焊接性，增加冷裂倾向，本发明中将C含量控制在0.02～0.10%。

Mn在焊缝中是有效的强度增加元素和脱氧元素，有利于细化焊缝组织。但过高的Mn含量会使焊缝韧性降低，并增加焊缝的裂纹敏感性，因此Mn含量为1.5～3.0%。

Si有较强的固溶强化作用，能够有效提高焊缝强度，并且与Mn起到联合脱氧的作用。此外，Si与Mn同样，在含量过高时会对焊缝韧性不利，并会增加焊缝裂纹敏感性，所以Si含量不宜过高，控制Si含量在0.1～0.5%。

Ni元素的加入在不影响焊缝强度和塑性的同时增加焊缝的韧性，但过高的Ni含量会降低焊缝金属的流动性，对焊缝成形不利，也易造成焊缝夹渣及气孔等缺陷，且高含量的Ni元素会造成制造成本大幅上升，因此，设置Ni含量为0.1～1.0%。

Cr元素的加入可提高焊缝针状铁素体的含量，以提高焊缝强度和低温韧性，另外Cr有利于提高焊缝的耐腐蚀性能。但过高的Cr含量会提高脆性转变温度，因此，控制其含量为0.1～0.5%。

Mo元素通过析出强化作用提高焊缝的强度，在焊接热输入较高的情况下添加Mo元素更能体现该作用，但当Mo超过一定含量时，焊缝裂纹倾向增加，设置Mo含量为0.2～0.8%。

Cu的固溶强化作用能提高焊缝的强度，且在合金元素中，Cu对抗氢致裂纹（HIC）的作用最为明显，Cu可以促进钝化膜的形成，减少氢的侵入，所以加入一定量的Cu使焊缝金属具有一定的抗HIC性能，但含量过高会增加焊缝的热脆性，控制其含量为0.1～0.5%。

V的析出强化作用能够适当提高焊缝强度，在焊缝中可细化焊缝金属的铸态组织，并可防止热影响区晶粒过分长大，提高韧性。可适量添加该元素，但过高也会增加焊缝的裂纹倾向，控制其含量为0.01～0.1%。

Nb可细化晶粒，提高焊缝的强度，在C-Mn系焊缝中会促进侧板条铁素体的产生，恶化韧性，但在含有Ti，B的焊缝中，Nb能够促进细小均匀的针状铁素体的产生，提高焊缝的韧性，因此可适量加入该元素，控制其含量为0.01～0.1%。