一种低成本新型X80管线钢埋弧焊接用焊丝及其制备方法

摘要

本发明公开了一种低成本新型X80管线钢埋弧焊接用焊丝，包括如下质量百分比的化学成分为：C 0.06‑0.10％，Mn 1.60‑2.00％，S i 0.15‑0.35％，Mo0.30‑0.40％，T i 0.03‑0.10％余量为Fe和不可避免的杂质，杂质中的P≤0.015％，杂质中的S≤0.010％。还公布了其制备方法。本发明的目的是提供一种低成本新型X80管线钢埋弧焊接用焊丝，确保X80钢管焊缝在具备高强度的基础上，在‑10℃具备优良的韧性。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种低成本新型X80管线钢埋弧焊接用焊丝及其制备方法。

背景技术

X80管线钢埋弧焊接用焊丝主要用于焊接X80管线钢，随着焊缝金属强度的提高，为保证焊缝强度，对于焊接用钢的化学成分要求也越高，其钢质洁净度要求也较高。本发明是提供一种低成本新型X80管线钢埋弧焊接用焊丝，本发明配合使用焊剂为SJ101氟碱型焊剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本新型X80管线钢埋弧焊接用焊丝，确保X80钢管焊缝在具备高强度的基础上，在-10℃具备优良的韧性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种低成本新型X80管线钢埋弧焊接用焊丝，包括如下质量百分比的化学成分为：C 0.06-0.10％，Mn 1.60-2.00％，Si 0.15-0.35％，Mo 0.30-0.40％，Ti 0.03-0.10％余量为Fe和不可避免的杂质，杂质中的P≤0.015％，杂质中的S≤0.010％。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分为：C 0.063％，Mn 1.814％，Si0.279％，Mo 0.338％，Ti 0.073％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质中的P 0.011％，杂质中的S 0.004％。

进一步的，包括如下质量百分比的化学成分为：C 0.062％，Mn 1.810％，Si0.278％，Mo 0.338％，Ti 0.071％，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质中的P 0.011％，杂质中的S 0.004％。

进一步的，所述焊丝配合使用焊剂为SJ101氟碱型焊剂。

焊丝钢中各元素作用：

碳：C是焊缝中的主要强化元素，焊缝金属的硬度、屈服强度、抗拉强度均随C含量的增加而提高，但焊缝的冲击韧性均随C含量的增加而减小，这是因为C为间隙固溶强化元素，引起基体点阵强烈、显著的畸变，致使基体微裂纹易于产生和扩展，因而将使焊缝金属的冲击功大大下降。Evans认为C实质上是影响焊缝凝固时的一次结晶组织，随着C含量的增加，原奥氏体晶粒尺寸增大，柱状晶的宽度增加，针状铁素体的比例增加，先共析铁素体的数量减少。为了保证焊缝金属具有良好的低温韧性，必须严格控制焊缝金属中的碳含量。

硅：Si是缩小γ相区的元素，作为合金元素可以起到固溶强化的作用。焊丝中的Si通过与O反应形成SiO2，起到脱氧的作用。Si能增加焊缝金属的强度，但使焊缝金属的韧性下降，一般认为Si含量大于0.40％时，对韧性有害；焊缝中硅含量在0.25％～0.35％时，对焊缝的韧性有利。由于焊剂中含有一定量的Si，因此焊丝中的Si含量应相应降低[29]。

锰：Mn是奥氏体化的稳定元素，能够降低奥氏体向铁素体转变的温度。焊缝金属中的Mn充当固溶强化组元，在Mn≤2.0％的范围内，随着Mn含量的增加，针状铁素体的数量增加，先共析铁素体和侧板条铁素体的数量减少。并且使针状铁素体的晶粒度变得更加细小，Mn提高焊缝金属韧性的同时，还可提高焊缝金属的强度。焊丝中的Mn还可以起到脱氧的作用，而且能够与硫反应生成稳定的MnS，从而降低低熔点相FeS的生成，有利于提高焊缝金属的抗热裂纹及层状撕裂的能力。焊缝中Mn的含量对焊缝金属的力学性能有很大的影响，随Mn含量的增加，焊缝金属的屈服强度和抗拉强度呈线性增加，每增加0.01％Mn可使焊缝的屈服强度及抗拉强度增加10MPa，虽然Mn并不增加焊缝金属的室温冲击韧性，但却显著降低无延性转变温度(脆性转变温度)。

钼：是缩小γ相区的元素，是中强碳化物形成元素，其主要作用是推迟先共析铁素体转变而有利于形成贝氏体组织。Mo在焊缝中以固溶于奥氏体或以碳化物的形式存在，并强烈地抑制珠光体转变。适当的Mo含量能够明显缩短贝氏体转变的孕育期，进一步延长铁素体-珠光体转变的孕育期，有利于在较宽的冷却条件下获得中温转变组织。在锰含量为1.2％时，加入0.15％Mo，会使焊缝中针状铁素体含量从45％增加到85％，且针状铁素体晶粒特别细小，但当锰含量降到0.8％时增加Mo，将不会改变针状铁素体含量，却促进侧板条铁素体形成。

钛：Ti是缩小γ相区的元素，为强脱氧剂及Ti(C、N)形成元素，在焊缝金属中加入与N亲和力极高的Ti，一方面可降低焊缝金属中自由N的含量，另一方面生成的Ti(C、N)、TiO2夹杂物颗粒，这些高熔点化合物质点可以作为结晶核心，促使奥氏体晶内针状铁素体的形核，细化焊缝晶粒。焊缝中加入微量的Ti就会对焊缝的显微组织和力学性能产生惊人的变化，焊缝金属中Ti含量达0.01％时，显微组织将从80％的侧板条铁素体变为60％的针状铁素体。Ti含量小于0.03％时，随着Ti含量增加，针状铁素体数量增加，但当Ti含量大于0.03％时，针状铁素体数量随着Ti含量增加而减少。

一种低成本新型X80管线钢埋弧焊接用焊丝的制备方法，包括转炉冶炼-LF精炼-VD真空处理-小方坯连铸-线材轧制成Φ6.5mm盘条。

进一步的，具体制备方法如下：

转炉冶炼：复吹转炉冶炼，采用单渣或双渣操作，终渣碱度按3.0控制，终点控制目标C≥0.06％，P≤0.020％，T≥1600℃，采用SiMn、FeMn脱氧合金化，终点脱氧采用有Al脱氧，出钢挡渣；

LF精炼：全程按精炼规程进行吹Ar操作，根据转炉钢水成份及温度进行脱硫，成份微调及升温操作；

VD真空脱气：真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13min，破真空后，喂入SiCa线，保证软吹时间大于13min，软吹期间钢水不得裸露；

小方坯连铸：铸坯断面150mm×150mm，过热度≤30℃，恒拉速操作，拉速控制目标1.9m/min；

线材轧制：经过28道次轧制成为Φ6.5mm盘条；盘条经过拉丝-镀铜-制成Φ4.0mm和Φ3.2mm成品焊丝。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明适用于X80管线钢埋弧焊接用焊丝，与SJ101氟碱型焊剂匹配进行焊接后，向焊缝中过度Mn、Mo、Ti等合金元素，通过细化焊缝晶粒，改良焊缝组织，净化焊缝金属微合金化处理作用，确保X80钢管焊缝在具备高强度的基础上，在-10℃具备优良的韧性。

具体实施方式

采用转炉冶炼-LF精炼-VD真空处理-小方坯连铸-线材轧制成Φ6.5mm盘条，盘条经过拉丝-镀铜-制成Φ4.0mm和Φ3.2mm成品焊丝。

该焊丝化学成分分别为：

表1成品成分(wt％，余量为铁)

取X801550×22mm原料试制的钢管，依据《天然气输送管道用OD1219×22mm X80螺旋缝埋弧焊管技术条件》(焊管技术条件)标准要求对钢管焊缝位置处进行各项性能检测。

表2焊缝冲击检测结果

本发明X80埋弧焊丝焊接焊缝冲击单个及平均值均满足“焊管技术条件”要求，满足用户使用要求。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。