[发明专利]厚度在15-20mm的高性能超快冷X70钢的双丝埋弧焊接方法

说明书

技术领域

本发明申请涉及一种埋弧焊工艺，具体地说是针对高性能超快冷X70钢，通过选配两种不同焊丝及合适的焊接工艺进行双丝埋弧焊，使X70钢埋弧焊接头性能满足要求。

背景技术

在2014年之前，我国X70管线钢的成分体系一般采用Mn-Mo-Mn-Cu，且Mo+Mn+Cu≥0.55%。制管时采用前后焊丝相同的双丝埋弧焊工艺，即是在前后丝相同的情况下，在内外面或正反面各焊接一道的埋弧焊接工艺。其焊丝采用Mn-Mo成分体系，其成分为(wt%)C0.05~0.10，Si≤0.15，Mn1.40~1.60，Mo0.15~0.30，P≤0.015，S≤0.010。双丝埋弧焊是用于厚度在15~20mm中等厚度的管线钢的主要焊接方法。

然而，随着世界经济的高速发展，对石油、天然气等能源资源的需求与日俱增，石油、天然气长输管道和城市管网的建设得到蓬勃发展。为提高长输管道和城市管网的输送效率和运行的经济性，近年来，管道的输送压力和管径不断增加，对所采用管线钢原材料的强韧性要求越来越高，我国管线工程焊接技术条件要求更是高于美国API标准。

目前X70钢是国内外长输管道主力钢种，但是，现有的X70管线钢中含有昂贵的Ni、Cu、Mo等元素，且铸坯的加热温度较高，导致能耗高，钢板的内应力较大，使钢板的平直度较差，所以降低合金元素含量成为当前钢铁品种的发展方向。随着钢铁轧制工艺的不断改进，出于降低合金成本的考虑，近来开发了高强钢的超快冷轧制工艺。在降低Ni, Mo, Cu等昂贵的主合金元素含量的情况下，添加Nb等微合金化元素，提高奥氏体再结晶温度，在适于变形的温度区间完成连续大变形和应变积累,得到硬化的奥氏体。轧后立即进行超快冷,使轧件迅速通过奥氏体相区,保持轧件奥氏体硬化状态。在奥氏体向铁素体相变的动态相变点终止冷却，相变前奥氏体中析出相来不及长大和再析出，相变前碳元素扩散因超快速冷却被抑制，析出相更为细小和弥散，实现钢的细晶强化和韧化。

基于以上思路钢企开发了合金元素含量较低的经济型X70管线钢，较贵重合金(如Ni, Mo, Cu)被减少或取代。其钢板的力学性能为抗拉强度≥570MPa，硬度不高于240HV₁₀，-10℃KV₂平均值不低于80J，-10℃KV₂单个值不小于60J。不同钢厂、不同时期生产的管线钢，其合金元素有明显的差别。由于成分发生了很大的变化，如若采用现有焊丝及同成分双焊丝的埋弧焊接工艺，则无法满足焊接技术要求，在试验中发现要么焊缝强度不够，要么使焊缝的强度偏高、硬度超标而不能满足要求。对于焊接接头的强度，接头拉伸试验断于母材是最理想的情况；有时也允许断于焊缝，但抗拉强度必须高于基材强度下限，并希望有充足的富裕量。

中国专利公开号为CN103357995A的文献，公开了一种“耐热钢直缝焊管焊接方法”，其主要针对耐热钢制定了双丝埋弧焊的工艺，侧重于设备装置。中国专利公开号为CN104384678A的文献，公开了一种“螺旋埋弧焊的新型焊接工艺”， 主要涉及双丝埋弧焊的工艺过程。而关于高性能超快冷X70钢双丝埋弧焊焊材及工艺尚未有报道。

双丝埋弧焊为焊丝的合理匹配带来可能。管线钢的双丝埋弧焊一般采用焊丝一前一后双弧同熔池的方式，焊接熔池金属由两种焊丝及母材熔合共同组成。当钢板较薄时（如低于10mm），焊缝金属中母材占主导；当钢板较厚时(如大于15mm)，焊接处开坡口，焊缝金属中焊丝的贡献增加。对于双丝焊，通过选用不同成分体系的焊丝作为前后丝，可使焊缝成分及性能得到良好匹配。

本发明针对新开发的厚度为15~20mm的X70钢，由于其合金元素含量下降，若前后丝均采用Mn-Mo焊丝，或采用Mn-Ni焊丝(wt%)：C0.06~0.09%，Si≤0.07，Mn1.50~1.90%，Ni0.25~0.50%，则焊缝碳当量CE处于0.37%以下，强度不理想，且与钢中含Cr不相匹配。若采用Mn-Ni-Cr-Mo焊丝(wt%)C0.06~0.09%，Si≤0.15%，Mn1.50~1.90%，Cr0.30~0.50%，Mo 0.30~0.50%，Ni0.25~0.50%，X70钢焊缝碳当量CE达到0.44%，则焊缝硬度偏高，韧性也受到影响。另外焊材成本也增加。