[发明专利]一种高强度大壁厚低温管线管件用埋弧焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种管件用焊丝，尤其是X80强度级别的大壁厚低温管线管件用埋弧焊丝。

背景技术

随着世界能源的需求不断增加，油气资源勘探开发向边远地区发展尤其是极低高寒地区，这使得高寒地区的输送管道的建设成为热点。我国建设西气东输，中俄原油管道工程其最低运行温度可达到-45℃，根据管道工艺设计要求，部分站场管件需要裸露在寒冷的外部环境下服役，对于材料的抗低温脆性起裂能力是一个严峻的考验。

管件作为管道建设中不可缺少的一部分，其承载着管道连接的重要作用，而且其承压和受力情况具有特殊性，为了能够满足石油天然气在运输过程中的安全问题，因此对于管件的壁厚及性能要求更为苛刻。而且管件在制造过程中，由于其经历弯制变形、水淬和回火后，其原始针状铁素体组织遭到破坏，焊缝中出现大量的上贝氏体和岛状M-A岛组织，导致低温韧性恶化。

目前如CN 103192198A、CN 103240512A、CN104476009A和CN 102303195A等公布的热煨弯管用焊丝技术，其焊材仅适用于与主体管道等厚的热煨弯管的焊接与制造，且对于低温韧性的指标要求仅仅为-45℃，目前市场没有任何关于-60℃大壁厚石油管线管件制造的技术的相关报道，此项技术对于极地油气勘探开采及运输等能源战略具有非凡的意义，而且市场前景巨大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度大壁厚低温管线管件用埋弧焊丝。在保证焊态强度和韧性的同时，经过热处理后仍能保持较好的强韧匹配。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种高强度大壁厚低温管线管件用埋弧焊丝，其成分按质量百分比包括（%）：C 0.01~0.08，Si 0.1~0.3，Mn 1.5~2.5，S≤0.008，P≤0.01，Ni 2.5~3.5，Mo 0.3~1.0，V≤0.01，Cu≤0.45，Cr 0.25~0.5，Nb≤0.02，Ti 0.01~0.05，B≤0.005，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述的一种高强度大壁厚低温管线管件用埋弧焊丝，采用电路冶炼后浇铸成方坯，经高速无扭轧机轧制成Φ6.5/5.5mm的盘条，盘条经剥壳、酸洗、拔丝、镀铜后制成Φ3.2mm、Φ4.0mm或者其他规格的成品焊丝。

所述热煨弯管用焊丝与碱度为2.0～2.5的烧结焊剂相匹配，对厚度为38~60mm管件母管进行双面埋弧焊接，焊接线能量为20～50kJ/cm。焊好的母管经950～1200℃感应加热，并在热态下进行弯制，然后水淬，再经过500～750℃保温1.5～3.5小时后，焊缝金属抗拉强度≥660MPa，焊缝-60℃冲击值Akv≥75J。

本设计发明的高强度大壁厚低温管线管件用埋弧焊丝的化学成分中各个元素的作用如下：

C：合适的C含量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元素恶化焊接性，增加冷裂纹倾向，可使二次加热焊缝组织中M-A岛含量增加损害焊缝的冲击韧性。考虑到焊接过程中C的烧损和后续焊缝的调质处理，焊丝中的C含量宜控制在0.01%～0.08%。

Si：一方面是焊缝金属的脱氧元素，有镇静熔池、增加熔池流动性来消除气孔的作用提高焊接性，同时其还具有较强的固溶强化作用，能够有效提高焊缝金属的强度。另一方面，焊接及热处理时，过高的Si含量会增加焊缝中块状铁素体含量使焊缝韧性恶化。因此，焊丝中的Si含量控制在0.1%~0.3%。

Mn：在焊缝中是有效的强度增加元素和脱氧元素，有利于细化焊缝晶粒，增加针状铁素体含量，同时减少晶界先共析铁素体和侧板条铁素体的含量，从而改善焊缝金属的韧性。但过多的Mn含量易在晶界偏析，从而导致残余奥氏体、马氏体等组织产生，从而降低焊缝金属的韧性。为了保证焊缝的强韧性配合，本发明的焊丝中Mn元素含量控制在1.5%～2.5%。

Ni：固溶于奥氏体，扩大γ相区，形成无限固溶体，是焊缝金属中强韧化组元；管件弯制过程中具有细化晶粒和溶解于铁素体中可以提高铁素体的强度，也影响低温时铁素体位错中心的结构进而提高塑性变形能力。但过高的Ni含量会降低熔池的流动性，对焊缝成形不利，也易造成焊缝夹渣及气孔等缺陷。综上，控制其含量为2.5%～3.5%。

Mo：是有效促进焊态焊缝金属针状铁素体形成的元素之一，在提高焊缝强度的同时也提高了焊缝金属的低温冲击韧性；热处理时降低C及碳化物形成元素的扩散能力而抑制碳化物的析出，提高淬透性。管件弯制时还可降低相变温度和针状铁素体的长大速度细化晶粒，同时减少回火脆性倾向。因此控制其含量为0.3%～1.0%。