超低氢高韧性X70管线钢配套焊条CHE607GX的研制及应用

摘要

本文针对我国“西气东输”工程专用管线钢X70的焊接需求,深入研究探讨了如何改善碱性焊条的焊接工艺性能、焊接接头强韧性性能和抗冷裂纹性能的途径。在此基础上研制开发了一种与X70管线钢配套的新型高韧性超低氢焊条CHE607GX,并对该焊条的综合性能进行了测试和应用试验。在焊接工艺性能方面,通过使用GX高温物性仪等先进测试仪器并结合严格的焊接工艺性能试验,研究了CHE607GX焊条药皮成分对其电弧稳定性、熔滴过渡、飞溅、焊缝成型及脱渣性等的影响。探讨了药皮中主要组分对其熔化特性的影响规律。研究结果表明:大理石、萤石、石英的改变都会显著引起药皮熔化特性的变化,其中熔化特性对大理石含量的变化较为敏感。当焊条药皮中大理石/萤石成分为2～2.5％(wt)、石英为4～10%时,焊条的综合工艺性能为最佳。在焊缝组织和力学性能方面,本文探讨了C、Mn、Si、Ni等主要合金元素对焊缝力学性能的影响规律,还采用单一因子变动法重点研究了加入Ti-B和稀土元素对焊缝力学性能,尤其是低温韧性的影响。试验结果说明:严格控制CHE607GX焊条的C、Si和杂质元素S的含量,并保证Mn/Si比大于3.0～3.5,加入0.3%~2.0% Ni,向焊缝金属过渡微量的Ti—B和稀土元素,可以有效地抑制先共析铁素体的析出,使焊缝获得细小、均匀的针状铁素体组织,从而提高焊缝的低温冲击韧性。在焊条的耐吸潮性方面,通过分析影响焊条吸湿能力的各种因素,分析寻找提高低氢焊条药皮耐吸潮能力的方法。研究结果表明:药皮配方中采用耐吸潮原料替代易吸潮材料,对提高低氢焊条的耐吸湿能力十分重要。粘接剂的选择应用也很关键,随着水玻璃模数的提高,药皮的耐吸湿能力提高;当K、Na水玻璃的比例为1:1时,可得到比单一的K或Na水玻璃更好的耐吸湿能力;在K、Na比为1:2时,加入10%的Li水玻璃,可使CHE607GX焊条药皮的耐吸湿能力比普通J607焊条提高1—6倍。基于本研究所得到CHE607GX焊条各项性能指标均达到甚至超过了相关标准,填补了我国X70管线钢无配套碱性焊条的空白,已被成功地批量应用于“西气东输”工程的焊接上,使用效果反映良好。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.1.1 问题的提出

1.1.2 研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的目的和研究内容

1.3.1 研究的目的

1.3.2 研究的内容

2 CHE607GX 焊条药皮组分设计

2.1 引言

2.2 CHE607GX 焊条药皮的主要组分对药皮熔化特性的影响

2.2.1 试验方法

2.2.2 测试结果

2.2.3 测试结果分析

2.3 CHE607GX 焊条药皮组分对焊条焊接工艺性能的影响

2.3.1 大理石、萤石和铁粉

2.3.2 硅酸盐

2.3.3 TiO_2

2.3.4 锆英砂

2.3.5 铁合金

2.3.6 碳酸钠

2.4 CHE607GX 焊条药皮主要组分范围

2.5 本章小结

3 高韧性CHE607GX 焊条的合金系设计

3.1 引言

3.2 C、MN、SI、NI 主元素对焊逢力学性能的影响

3.3 TI-B 元素对焊缝熔敷金属力学性能的影响

3.3.1 试验方法

3.3.2 试验结果与分析

3.4 稀土硅铁对焊缝熔敷金属力学性能的影响

3.4.1 试验方法

3.4.2 试验结果与分析

3.5 S、P 含量的控制

3.5.1 脱S 反应

3.5.2 脱P 反应

3.5.3 原材料的控制

3.6 本章小结

4 CHE607GX 焊条超低氢及耐吸潮性的控制设计

4.1 引言

4.2 影响低氢焊条药皮吸湿能力的因素

4.2.1 环境条件的影响

4.2.2 焊条烘焙温度的影响

4.2.3 药皮用原材料的影响

4.3 提高低氢焊条药皮耐吸潮能力的方法

4.3.1 药皮组元的原材料选择

4.3.2 粘结剂的选择

4.4 耐吸湿焊条吸湿性能介绍

4.5 本章小结

5 新研制的CHE607GX 焊条的综合性能

5.1 焊接工艺性能

5.1.1 电弧稳定性

5.1.2 飞溅大小

5.1.3 脱渣性

5.1.4 溶渣覆盖性及焊缝成型

5.1.5 全位置焊接性

5.2 熔敷金属化学成分、力学性能

5.2.1 试验条件和方法

5.2.2 研制焊条熔敷金属理化性能

5.3 熔敷金属扩散氢含量

5.3.1 试验条件和方法

5.3.2 测试结果

5.4 焊条的吸潮性试验

5.4.1 测试焊条牌号、规格及数量

5.4.2 测试方法

5.4.3 测量结果

5.5 斜Y 坡口拘束焊接冷裂纹试验

5.5.1 试验条件

5.5.2 试验步骤

5.5.3 试验结果

5.6 CHE607GX 焊条的应用试验及结果

5.6.1 应用试验条件

5.6.2 应用试验结果

6 结论

致谢

参考文献