一种X70等级管线钢焊接用电焊条

摘要

该发明属于X70等级管线钢焊接用电焊条，焊芯成分(wt％)：C.0.02-0.10、Mn.0.30-0.55、Si.0.015-0.03、Cr.0.01-.20、Ni.0.01-0.30、S≤0.005、P≤0.010、Fe.98.675-99.47，余量为杂质；药皮以焊芯的重量计、其成分为(wt％)：大理石16.0-20.0、萤石7.5-9.0、长石2.0-3.0、石英1.5-2.0、电解锰3.0-3.8、硅铁1.5-2.58、钛铁3.0-4.0、纯碱0.3-0.6、铁粉1.5-2.5、镍粉0.5-0.58、钼铁0.1-0.2，粘结剂为粉料重的10-20％，经混合、裹覆于焊芯上、再经低温及高温烘焙即成。该发明焊接时电弧稳定、熔渣铺展性好、飞溅少，焊缝成型光亮，熔敷金属具有良好的抗腐蚀性、低温韧性和抗裂性能，抗拉强度630MPa、屈服强度510MPa、伸长率24％、-20℃冲击功平均值160J、最小单值120J。

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接加工用电焊条，特别是一种用于X70级管线钢焊接且具有良好的抗 腐蚀性和较高的强度和低温韧性的电焊条，该焊条可广泛用于X60级管线钢及与X70级管线 钢成分及强度等级相当、对硫磷和低温韧性有较高要求的其他低合金钢的焊接。

背景技术

管线钢主要用于原油、成品油、天然气及水煤浆等物质的输送。随着我国能源结构的调 整和物流输送方式的改变，管线钢在我国拥有广阔的应用前景。

复杂的运营环境是油气输送工程的重要特征，这使得油气管线在运营中由于腐蚀造成的 危害十分严重；通常生产用于原油、成品油、天然气等物质输送管的X70等级钢卷板的化学 成分标准(wt％)为：C：0.04-0.08、Mn：1.40-1.75、Si：0.10-0.30、P≤0.018、S≤0.003、Nb： 0.03-0.06、V：0.020-0.050、Ti：0.010-0.020、Mo 0.10-0.15、Cu 0.15-0.20、Ni 0.10-0.15、Cr 0.2-0.30、 余量为Fe及不可避免的杂质；此类管线钢具有较低的硫、磷含量，较高的低温韧性和良好的 抗腐蚀性。因此，要求X70管线钢的焊接接头具有相应的、良好的抗腐蚀性和较高的低温韧 性。然而，目前缺少与该钢种配套的低硫、磷及高低温韧性的焊条，在施工中一般使用普通 碱性焊条J607进行焊接。J607焊条熔敷金属的化学成分一般(wt％)为：C 0.084、Mn 1.55、Si 0.50、P 0.021、S 0.011、Mo 0.34、Fe 96.494，余量为杂质；其力学性能：抗拉强度680Mpa， 屈服强度580MPa，伸长率25％，-20℃冲击功(J)110。对比上述两者的化学成分及性能，可以 看出：普通碱性焊条(J607)的熔敷金属与X70管线钢合金体系的匹配性差，其中主要合金 元素中硅(Si)、钼(Mo)等的含量与X70等级钢卷板的含量差别较大，而硫磷含量较高、 尤其是硫含量高，且缺Ti、Ni、Cr等元素；因而导致采用普通碱性低氢焊条(J607)对X70 管线钢进行焊接后、其熔敷金属极大地降低了焊缝的抗腐蚀性、抗裂性及低温韧性。同时， 依据理论及大量的试验和部分工程事故的分析，均认为采用普通碱性低氢焊条(J607)对X70 管线钢进行焊接其熔敷金属性能难以满足X70管线钢对焊接的要求、特别是对抗腐蚀性、抗 裂性能及低温韧性的要求。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种X70等级管线钢焊接用电焊条， 以达到在对X70等级钢进行焊接，其焊接熔敷金属在不对焊缝进行焊后热处理的情况下，确 保焊缝具有较低的硫、磷含量，较高的低温韧性、良好的抗腐蚀性和抗裂性能，以满足石油、 天然气输送对X70等级管线钢管及其焊缝各项技术指标的要求等目的。

本发明的解决方案是包括采用低硫、磷的碳钢丝作为焊芯，及裹覆于焊芯表面的药皮，关 键在于以重量百分比计，焊芯成分为：C.0.02-0.10wt％、Mn.0.30-0.55wt％、Si.0.015-0.03wt％、 Cr.0.01-0.20wt％、Ni.0.01-0.30wt％、S≤0.005wt％、P≤0.010wt％、Fe.98.675-99.47wt％，余 量为杂质；药皮以焊芯的重量百分比计、其成分为：大理石16.0-20.0wt％、萤石7.5-9.0wt％、 长石2.0-3.0wt％、石英1.5-2.0wt％、电解锰3.0-3.8wt％、硅铁1.5-2.58wt％、钛铁 3.0-4.0wt％、纯碱0.3-0.6wt％、铁粉1.5-2.5wt％、镍粉0.5-0.58wt％、钼铁0.1-0.2，将各 成分的粉料按比例混合均匀后、加入总成分(混合料)重10-20％的粘结剂搅拌混合均匀；然 后送入压条机内按常规方法将其裹覆于焊芯上、再经低温及高温烘焙，即成；焊条中药皮的 重量为焊芯重量的40-50％。

上述大理石中CaCO₃含量≥96％，萤石中CaF₂含量≥96％，长石中SiO₂含60-70％、Al₂O₃含 15-20％、K₂O含10-20％，石英中SiO₂含量≥96％，硅铁中Si含42-47％，钛铁中Ti含25-35％， 钼铁中Mo含50-60％：以上各成分均以重量百分比计。而所述加入总成份重10-20％的粘结剂为 钠水玻璃或钾水玻璃、或钾钠水玻璃，其浓度为41°～43°。所述低温烘焙的温度为80-120 ℃；高温烘焙的温度为350-400℃。

本发明药皮原料中各成分的主要作用如下：

大理石：是药皮的主要成份，既作造气剂，又作造渣剂；大理石分解析出气体时，能提 供对熔滴的喷力，减少飞溅，分解出的CaO既能稳定电弧、又有良好的脱硫能力；当含量较 低时，不易形成短渣，对立向下焊接不利；当含量过高时，则易产生焊接气孔。

萤石：也是本发明中药皮的主要成份，它是造渣剂，起降低熔渣熔点与黏度的稀渣作用， 使熔池反应活泼，改善脱渣性；萤石去除氢气孔的作用非常显著，随着药皮中萤石加入量得 增加，焊缝中含氢量就减少；但其含量太低、则稀渣能力不足，若含量过高、则焊条电弧稳 定性下降。

长石：具有稳弧作用，当长石用量过大时、焊条端部容易出现局部熔蚀现象并呈圆珠状 向四周飞溅，熔渣黏度显著下降，使焊缝成形变坏、脱渣困难。

石英：用以造渣、调整熔渣黏度；如配比含量太小、熔渣流动性不良，成形变差；配比 含量过大、则渣成黑色玻璃状，脱渣困难。

电解锰、硅铁和钛铁：前二者主要是合金剂、兼有脱氧作用，后者则纯粹作为脱氧剂， 用以保护Mn和Si少受氧化而过渡入((渗入))熔池，以保证机械性能；其中，过量的电解锰 会增加MnO的量、使熔渣碱度增大，导致熔渣流动性变差，焊缝成形不良、脱渣困难；过量 的硅铁会加剧熔池中的化学冶金反应，使爆炸性飞溅增大、熔渣流动性增加、成形变差，而 且还会导致焊缝金属的硅含量增加；钛铁是主要脱氧剂，脱氧后的产物TiO₂有一定的稀渣作 用，钛铁还对改善焊条的工艺性能有利。

铁粉：在焊条药皮的作用一般容易被忽略，但在本发明焊条中它却起到了不小的作用， 因为铁粉能起到净化溶池的作用，同时它又能细化晶粒，提高焊缝冲击韧性，但不宜过多， 因为过量的加入铁粉会使其它元素稀释。

镍粉：为合金剂，过渡(渗入)到焊缝的镍(Ni)是提高焊缝金属低温冲击韧性的主要 元素，它能降低焊缝金属的脆性转变温度；焊缝金属的低温冲击韧性是随焊缝中含镍量增加 而提高的；但镍属于稀有贵重金属，所以在保证焊缝金属冲击韧性达到优良的前提下，应尽 量减少其加入量，以降低成本。

纯碱：主要是利用其润滑性，以改善焊条在油压机上的压涂性能；同时，它也有稳弧作 用，加入量不宜过多，否则导致药皮容易吸潮。

钼铁：为合金剂，过渡(渗入)到焊缝的钼(Mo)，一方面可以有效提高焊缝金属的拉伸 强度，另一方面可促进焊缝获得理想的针状铁素体显微组织，对提高韧性有利；但过高会提 高焊缝金属的硬度。

本发明即通过上述成分的有机组配并与低硫、磷的焊芯配合从而实现其发明的目的。

因而本发明具有焊接时电弧稳定、熔渣铺展性好、飞溅少，脱渣容易、焊缝成型光亮美 观，可全位置焊接。本发明焊条的熔敷金属具有良好的抗腐蚀性、低温韧性和抗裂性能，其 熔敷金属力学性能：抗拉强度630MPa、屈服强度510MPa、伸长率24％、-20℃冲击功平均值 160J、最小单值120J；采用本发明焊条对X70等级管线钢管焊接、其焊缝(熔敷金属)各项 技术指标均完全满足石油、天然气输送对X70等级管线钢输送管的要求等特点。

具体实施方式

本实施方式采用专用低硫、磷碳钢丝作为焊芯，其化学成分(wt％)为：C：0.057、Mn： 0.459、Si：0.026、P：0.010、S：0.005、Cr：0.047、Ni：0.035、Fe：99.359，余量为杂质。

就100kg焊芯所需各药粉重量如下：含CaCO397.70％的大理石18.5kg、含CaF₂96.73％ 的萤石8.5kg、含SiO₂63.61％、Al₂O₃17.21％、K₂O 14.37％的长石2.7kg、含SiO₂97.20％的 石英1.8kg、电解锰3.6kg、含Si 44.25％的硅铁2.4kg、含Ti 27.47％的钛铁3.6kg、纯碱0.4kg、 铁粉2.0kg、镍粉0.55kg、钼铁0.16kg；将上述粉搅拌混合均匀后、加入浓度43°的钾钠水 玻璃5.5kg混合均匀，然后送入压条机内将其包裹于焊芯上，再经100℃低温烘焙2小时、 380℃高温烘焙1小时，即成。所得焊条经焊接X70等级钢管的试验结果如下：

试验用X70等级钢卷板的实际化学成分(wt％)为：C：0.062、Mn：1.61、Si：0.20、S： 0.0014、P：0.008、Nb：0.045、V：0.028、Ti：0.013、Mo 0.107、Cu 0.15、Ni 0.10、Cr 0.24、 Nb：0.010、V：0.041、Ti：0.02、其余为Fe及不可避免的不纯物。其力学性能：抗拉强度 (Mpa)630、屈服强度(Mpa)530、伸长率37％、屈强比0.84。

实施例熔敷金属化学成分(wt％)为：C 0.079、Mn 1.38、Si 0.30、S 0.004、P 0.014、Mo 0.01、 Cr 0.028、Ni 0.660、Fe 96.337，余量为杂质；

实施例熔敷金属力学性能：抗拉强度(MPa)630、屈服强度(MPa)510、伸长率24％、 -20℃冲击功(J)：平均值160、最小单值120。

上述试验结果，其化学成分及力学性能均完全满足西气东输二线工程用X70等级管线钢 及其焊接标准的要求。