[发明专利]一种低温韧性优良的高强度埋弧焊丝

说明书

技术领域：

本发明涉及一种可获得良好低温韧性，适用于X70、X80级别高强度油气输送管焊接制造用的埋弧焊焊丝。

背景技术：

油气管道运输是长距离输送石油、天然气最经济、最合理的运输方式。近年来，随着易采油气能源的枯竭，油气资源的开采逐渐延伸到了沙漠、冻土、海洋、极地等难采地区，油气开采难度越来越大，同时对于油气输送用管的技术要求也越来越高。

我国西气东输、中俄、中亚等管道建设中，拟建数十座输配气站场。站场极限温度达-40℃，有些地方甚至接近-40℃。根据管道工艺设计要求，部分站场管件需裸露在寒冷的外部环境下服役，对材料抗脆性起裂能力是一个严峻的挑战。

埋弧焊是油气输送管道最常用的焊接方式，国内外针对低温地区油气管线用钢特点，开发出了一些埋弧焊丝品种，但由于各种不同的问题，如成本高、成分设计复杂导致制造难度大、低温韧性不能满足技术要求等，无法满足低温环境用钢的焊接。

本发明提供的焊丝具有良好的低温冲击韧性，强度较高，满足X70、X80级别管线钢的生产。

发明内容：

本发明X80级油气输送焊管用埋弧焊丝。采用本发明制造的高强度油气输送焊管，焊缝在-40℃时，冲击功可达100J以上，完全满足相应低温地区油气输送管线的要求。

本发明提出的具有良好低温韧性的高强度埋弧焊丝的化学成份(重量％)为：C0.03～0.09、Si0.20～0.45、Mn0.8～1.8、Ni1.0～2.0、Mo0.1～0.40、Ti0.05～0.15、Cu0.1～0.3、N≤0.005、O≤0.005、H≤0.005，添加微量的B，并限制P、S为P≤0.010、S≤0.005，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本发明各化学元素的限定理由分别叙述如下：

C：碳可提高熔敷金属强度，但同时对降低其韧性和抗裂性能。为提高韧性和改善抗裂性能，碳的含量应尽可能低些。综合考虑强度、韧性及抗裂性能的影响，碳含量限制在0.03％～0.09％。

Mn：锰具有良好的脱氧及脱硫效果，同时能有效提高熔敷金属的强度，当熔敷金属中锰含量低于1％时，熔敷金属强度达不到要求，同时也不利于防止焊接热裂纹的产生；当熔敷金属锰含量大于1.6％时，韧性会降低。考虑埋弧焊丝焊接过程锰元素烧损的因素，焊丝成份中锰含量限制在1.0％～1.8％，以保证在焊接时熔敷金属中锰含量在1％～1.6％范围，充分发挥锰提高强度及提高抗裂性的作用。

Si：硅是焊接过程中有效的脱氧元素，当熔敷金属中硅含量小于0.1％时，不可能充分的脱氧，使焊缝产生气孔等焊接缺陷；当熔敷金属中硅含量超过0.6％时，则对焊缝的低温韧性有损害，但适当的硅含量可提高铁水流动性，以改善高速焊接时的焊缝成型，因此焊丝成份中硅含量限制在0.20％～0.45％较高的范围内，既保证脱氧充分、保证不损害韧性同，又能改善焊缝金属流动性。

Mo：钼对冲击功的影响与焊缝含锰量有关。低含锰量(1％以下)，添加少量钼对韧性有利；而高含锰量焊缝中(1.4％以上)，添加钼对韧性均不利。综合考虑焊缝金属强度、韧性，焊丝中钼含量控制在0.10％～0.40％，配合适量的锰含量，可以达到更好的焊缝强韧性匹配。

Ni：镍在钢中能细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。Ni可以提高钢对疲劳的斥力和减少钢对缺口的敏感性；Ni能降低钢的低温脆性转变温度，这对低温钢及其焊接都有着极其重要的意义。另外，Ni加入钢中还能耐腐蚀，不仅耐酸，而且也能耐碱，对大气及盐都有抗蚀能力。本发明埋弧焊丝中Ni的含量控制在1.0％～2.0％。

Ti：钛是强烈的脱氧元素，与氮有很强的亲合力，所形成的TiN质点可作为晶核，促进针状铁素体的生成，具有细化组织提高韧性的效果，但钛的过渡素数很小，绝大部份钛在焊接过程时被电弧烧损，为改善韧性，钛元素的含量控制在≤0.15％。

B：硼作为微合金化成分含量大于十万分之六时，能细化钢的晶粒，提高钢的淬透性，因此本发明中适当添加硼。

Cu：本发明中铜主要作为增加焊丝防锈性和导电性，限制在0.10％～0.30％。

其余为铁及不可避免的杂质元素。

在本发明焊丝中的硫、磷、氮、氧、氢都属于对熔敷金属的韧性有很大危害的元素，应该尽量降低。