[发明专利]一种管线钢用低温高韧性高强度埋弧焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管线钢用低温高韧性高强度埋弧焊丝及其制备方法，属于焊接材料领域。

背景技术

目前国内管线钢焊丝产品主要包括H08C、H08D、H08F及其衍生品种，其适用冲击温度只能达到-20℃，无法在更低的温度下仍保持良好的耐低温冲击性能。主要是因为钢铁冶炼和轧制水平的提高，可以通过“洁净”炼钢和TMCP控轧工艺，不添加或少添加贵重金属元素，即可达到所需要的包括低温冲击韧性在内的钢材各种性能，大幅降低管材生产成本，但给焊接行业带来了严峻挑战。从本质上讲，焊接可看成一个局部的炼钢过程，要保证焊缝具有较好的冲击韧性，首要条件是保证焊缝有足够量的韧性元素，其次要采用合适的焊接工艺，但最重要的还是成分因素。焊缝的成分来源于两个方面：一是母材，二是焊丝（采用中性焊剂）。由于轧钢新技术的采用，管材现大都不再添加或仅少量添加Mo、Ni等贵重韧性元素，因此如果仍采用传统焊接材料，焊缝韧性元素含量得不到保证，导致抗低温冲击能力差。因此，有必要开发一种低温高韧性高强度管线钢焊丝，以满足日益增长的市场需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管线钢用低温高韧性高强度埋弧焊丝及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种管线钢用低温高韧性高强度埋弧焊丝的成分按重量百分比为：C：0.04～0.15%；Si：0.1～0.4%；Mn：0.9～2.0%；P：0～0.02%；S：0～0.01%；Mo：0.45～1.2%；Ti：0.06～0.25%；B：0.006～0.025%；余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，一种管线钢用低温高韧性高强度埋弧焊丝的成分按重量百分比为：C：0.06～0.10%；Si：0.15～0.35%；Mn：1.0～1.8%；P：0～0.015%；S：0～0.005%；Mo：0.6～1.0%；Ti：0.08～0.20%；B：0.008～0.020%；余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述埋弧焊丝还包括重量百分比为0.45～0.65%的Ni。

进一步的，所述Ti、B的质量比为（5～15）：1。

对应上述配方的埋弧焊丝的制备方法，包括以下步骤：

1)将脱硫铁水和其它原材料加入到转炉或电炉，经复合吹炼、脱氧、合金化、钢包精炼炉外精炼，得到钢水；

2)钢水经连铸连浇，得到连铸坯，将连铸坯轧制成盘条；

3)盘条经剥壳、酸洗、涂拉拔剂、拔丝、中间退火、拔丝、镀铜、拔丝，得到埋弧焊丝。

本发明的设计原理如下：

C：C含量对焊缝的强韧塑性及其组织均有较大的影响，不宜过高或过低。C含量过高，将会使焊缝的韧性和塑性迅速下降，甚至引起焊缝开裂，C含量过低，将影响焊缝强度；

Si：加入一定的Si可以使焊缝金属镇静，加快熔池金属的脱氧过程，保证焊缝的致密性，同时也可提高焊缝的强度。但若Si含量过高，容易形成硅酸盐夹杂，还易出现硅裂；

Mn：焊缝强韧化的有效元素，可以细化晶粒，提高焊缝的低温冲击韧性，并有脱氧脱硫作用，同时Mn的加入可以弥补因碳含量下降而引起的强度下降，可根据不同的管线钢强度等级设定不同的目标Mn含量；

Mo：焊缝中含有一定量的Mo元素有利于提高焊缝中针状铁素体的含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝的强韧性，但焊缝中的Mo含量需要保持在合适的范围才能起到提高焊缝强度和韧性的作用；

Ni：有助于提高焊缝金属的韧性，降低韧脆转变温度。Ni还能有效的阻止Cu的热脆性引起的网裂，并能显著提高钢和焊缝的耐腐蚀性能。对于高强管线钢焊缝，添加适量的Ni，有利于焊缝韧性的稳定。对于X90及以上钢级用焊丝，可以添加适量的Ni，提高焊缝金属的韧性；

Ti和B：是多丝单道焊时获得优异低温冲击韧性的重要元素组合。焊接时Ti元素可与N和O结合形成TiN、TiO质点作为晶核，在焊接加热过程中阻止奥氏体晶粒的长大，起到细化焊缝奥氏体晶粒的作用，同时又可在焊接冷却过程中作为相变核心，得到晶内形核的针状铁素体，使焊缝的韧性提高。但若Ti过量，会形成大量的TiC和TiN质点，使韧性降低；而B元素的加入可明显降低奥氏体晶界的界面能，抑制铁素体从奥氏体晶界上形核，避免形成不利的魏氏铁素体或网状先共析铁素体，最大限度地使焊缝获得韧性较高的针状铁素体，从而提高焊缝韧性。Ti与B必须满足一定比例，方可获得最佳韧性匹配；