[发明专利]一种X90/X100管线钢用高强度金属芯埋弧焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度金属芯埋弧焊丝，属于焊接材料领域，尤其是用于石油天然气输送管道焊接的管线钢金属芯埋弧焊丝。

背景技术

为满足国内石油和天然气的需求，西气东输工程“一线”和“二线”已经全部完工。在已经建成的西气东输“一线”和“二线”工程中，大规模的使用X80及以下级别的管线钢。

目前管线钢的发展趋势是在同样的输送量下提高输送压力，缩小管材直径，减轻管材重量，降低管材成本。随着输送油气管道压力的逐渐提高，更高级别的管线钢得到开发。X90/100管线钢是当今世界高强度管线钢，也是国内外开发的热点之一，国内外的各大钢厂已开发出了X90/100管线钢，但市场鲜有配套的金属芯埋弧焊接材料。

目前，国内的X90/X100管线钢用高强度金属芯埋弧焊丝大都是实芯焊丝，此专利填补了国内X90/X100管线钢用高强度金属芯埋弧焊丝的空白。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种高强度管线钢金属芯埋弧焊丝。具有较好的焊接工艺性能，焊缝成型美观，高强度，高韧性，与同等强度的钢材具有非常好的匹配效果，熔敷金属Pcm为0.2～0.3， 先共析铁素体转变温度T_sta≤850K,抗拉强度σb≥829MPa。

本发明X90/X100管线钢用高强度金属芯埋弧焊丝，解决了现有技术焊完X90/X100管线钢后采取焊后热处理等措施来降低焊接缺陷制造周期长的缺陷。焊丝与型号为AWS A5.23M F76A4-EM4-M4焊剂(颗粒度10—60目)配合使用，焊后焊缝金属强韧性较好；研制工艺简单，易于工业化生产。

本发明金属芯焊丝采用常规药芯焊丝制备技术制得。

为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种X90/X100管线钢用高强度金属芯埋弧焊丝，其特征在于，焊丝或堆焊熔敷金属中各元素的化学成分范围(重量百分比)如下：C0.02～0.10％，Mn1.40～2.40％，Si0.20～0.60％，Cr0.00～0.40％，Mo0.20～1.0％，Ni1.60～2.80％，Ce0.01～0.06％，Zr0.003～0.01％，Ti0.005～0.01％，V≤0.04％，Al≤0.10％，Cu≤0.03％，B≤0.006％，P≤0.012％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步优选，金属芯埋弧焊丝或堆焊熔敷金属中Ce/Zr(wt.％)的比值在3～8之间。

堆焊熔敷金属中(Ce+Zr)/Ti(wt.％)的比值在2～8之间，Mn/Si(wt.％)的比值在4～8之间。

上述优选金属芯埋弧焊丝的粉芯材料主要包括：锰铁，硅铁合金，镍粉，钼粉，金属铬，锆硅合金，钛铁，二氧化铈，铁粉。采用低碳钢作为金属外皮。

上述金属芯埋弧焊丝粉芯材料中还含有氟化钠，优选其所占金属芯质量百分含量2％，粉芯材料中还可以包含微量金属铌，用以进一步提高强度，由于在最后的堆焊熔敷金属中几乎测不到铌元素，可以忽略不计。

上述：粉芯材料的粒径优选为60～100目。如锰铁：60～100目，硅铁合金：60～100目，金属铬粉：60～100目，金属镍粉：60～100目，金属钼粉：60～100目，锆硅合金：60～100目，氟化物：60～100目，二氧化铈：60～100目，钛铁：60～100目，铁粉：60～100目。

本发明其合金系设计原则如下：

将碳降至超低碳水平，以适应埋弧焊大热输入焊接，用Mn，Mo元素含量来弥补降低碳带来的强度损失。在此基础上加入适量微合金元素锆、钛、铈，可以作为脱氧剂和脱氮剂去除熔敷金属中的氧和氮，尤其可以形成并细化焊缝金属夹杂物，进一步诱导针状铁素体的形核，提高熔敷金属的低温冲击韧性。

本发明的金属芯焊丝的成分特点如下：

C:适当降低碳含量，焊缝中过多的碳含量，会增大焊缝中的碳当量，焊缝强度增加，珠光体比例增加，焊缝韧性、抗裂性下降。所以，将焊丝中的C控制在0.02～0.10wt.％

Mn：确保熔敷金属低碳造成的强度损失和降低氧、硫含量，降低熔敷金属固态相变温度，细化晶粒，提高熔敷金属强度及低温冲击韧性。所以，将焊丝中的Mn控制在1.4～2.4wt.％

Si：增加电弧稳定性。作为脱氧剂阻止O和B结合，确保熔敷金属的强度和降低氧含量，可以细化晶粒，提高焊缝韧性。含量过高则使熔敷金属塑性和冲击韧性降低。所以，将Si含量控制在0.2～0.6wt.％。