[发明专利]超高强度抗腐蚀管线用气保焊丝

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种气保焊丝，特别是一种适用于超高强度兼具抗H₂S和CO₂腐蚀管线用气保焊丝。

背景技术

H₂S是油气井开采中碰到的最常见的腐蚀形式，会导致氢致开裂、硫化物应力开裂等，直接限制了开采和输送管道的安全和寿命。同时，深层油气井富含CO2，以及油田注CO₂强化开采工艺的应用，也使得CO₂腐蚀也变得越来越严重。CO₂腐蚀典型的特征是呈现局部的点蚀、癣状腐蚀和台面状腐蚀。因此在深层油气田的开采活动中，钻采用钻杆、油套管、以及输送用管线均需要考虑到H2S和CO2的双重腐蚀带来的影响。钻杆和油套管虽然不是焊接结构件，但在建造和服役过程中需要焊接来连接和修补，而输送管线则需要大量焊接工作。因此需要配套气保焊丝。

201410682803.x公开了一种适用于X65钢级抗CO₂管线的5Cr-Ni-Cu系焊丝，其使用条件是电流100-180A,电压10-15V状态下的钨极氩弧焊丝，但不具备抗H2S腐蚀性能。同时具备抗H₂S和CO₂腐蚀性能的气保焊丝少见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种兼具抗H₂S和CO₂腐蚀的管线用气保焊丝。

本发明针对含H₂S和CO₂腐蚀介质的油气输送管线发展需要，开发出了能够满足X90/100钢级需求的气保焊丝。

采用本发明焊丝，辅以99％Ar以上保护，制得的焊接接头的抗腐蚀性能优于母材；且其抗拉强度≥800MPa，延伸率≥22％，-20℃冲击韧性≥120J。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

超高强度抗腐蚀管线用气保焊丝，其化成分为(质量百分比)：C≤0.02，Si0.1-0.4，Mn 0.1-0.5，P≤0.005，S≤0.002，Cr 2.0-4.0，Mo 0.9-1.5，Ni 0.55-0.95，Cu 0.4-0.6，且Cu≤2xNi/3，余量为铁及不可避免的杂质。

C是本发明焊丝中的杂质元素，超过0.02％含量的碳的存在会在焊缝金属中形成偏析，从而对腐蚀性能不利；同时，由于Cr，Mo等合金元素的存在，碳的存在会导致焊缝金属中易形成脆性较大的马氏体，对低温韧性不利。因此，C含量控制在0.02％以下。

Si在埋弧焊接过程中起到重要的脱氧作用，但Si的脱氧产物容易形成硅酸盐类夹杂物，其尺寸和数量随Si含量增加而增加。一方面低熔点的硅酸盐容易导致结晶裂纹，不利于焊接质量控制；另一方面，大量大尺寸夹杂物的存在会增加H₂S腐蚀敏感性，不利于腐蚀性能，因此其含量不能超过0.4％。同时，为了保证焊接过程顺利，其含量不能低于0.1％。因此，控制其含量在0.1-0.4％之间。

Mn虽然能够有效提高焊缝金属的强度及韧性，但同时与S结合形成的MnS夹杂以及带状偏析等缺陷会导致裂纹敏感性加大、抗H2S腐蚀和应力腐蚀能力的能力降低。当其含量超过0.5％以后，MnS夹杂及带状偏析不可避免，但其含量低于0.1％时会给炼钢带来难度。因此，其含量控制在0.1-0.5％之间。

P是易于偏析的杂质元素，为减小偏析和带状组织等给抗H2S腐蚀带来的不利影响，其含量越小越好。管线钢板数据表明，当其含量控制在0.005％以下时，其形成的偏析、带状组织等比较弱，对HIC和SSC的敏感性影响不明显。同时其含量越低，对炼钢造成难度越大，增加制造成本。因此，其含量控制在0.005％以下。

S是抗H₂S设计中重要的杂质元素之一，易形成呈带状分布的MnS、FeS夹杂物，造成局部组织和应力梯度增大，从而诱发点蚀和应力腐蚀开裂，促进H₂S腐蚀。所以其含量越低越好，因此将其含量控制在0.002％以下。

Cr是抵抗CO₂腐蚀最有效的合金元素之一，Cr易富集在表面钝化氧化膜和基体之间，并能有效抵抗CO₂带来的点腐蚀。当其含量超过4％时，一方面会增加焊接裂纹敏感性，另一方面对低温韧性不利；当其含量低于2％时，其界面富集效果不足以抵抗点腐蚀，因此不能确保抗CO₂腐蚀性能。因此，将其含量控制在2-4％之间。