專利名稱：適用于低碳微合金鋼的高韌性焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程領(lǐng)域石油、天然氣是現(xiàn)代的主要能源之一，管道輸送是長距離輸送石油、天然氣最經(jīng)濟、合理的運輸方式?，F(xiàn)在國際上大管徑管、高壓輸油、氣管線領(lǐng)域中主要采用埋弧直縫焊管和螺旋焊管。由于油、氣管線輸送的高安全性要求，要求鋼管具有高強韌性，而焊縫及熱影響區(qū)是最薄弱的部位，因此提高焊縫的性能，特別是韌性是管線安全至關(guān)重要的因素。
焊縫及熱影響區(qū)的韌性的控制一直是焊接研究的重點，焊縫韌性主要通過控制焊縫融合區(qū)的化學(xué)成分來控制針狀鐵素體的含量，從而達到提高焊縫韌性的目的。焊縫的這種組織和性能主要由焊絲、焊劑、基體材料的成分及焊接工藝決定的，而通過焊絲的化學(xué)成分是控制焊縫成分、組織和性能的最有效方法之一。一方面，通過增加合金元素含量，提高淬透性，避免或減少先共析鐵素體含量，另一方面，保證有一定量的促進針狀鐵素體形核金屬氧化物的含量，如TiO、CeO等，促進和細化針狀鐵素體組織。但過高的合金元素含量會導(dǎo)致發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，降低韌性。雖然，關(guān)于焊縫合金元素對針狀鐵素體的影響研究較多，但對不同的材料和焊接工藝，缺少明確統(tǒng)一的結(jié)論。隨西氣東輸項目的啟動，國內(nèi)管線鋼的強度等級首次提高到X70，管線的鋼材的等級已擴大X42～X70等多個級別，而且隨焊接速度及多絲焊技術(shù)的應(yīng)用，焊接熱輸入量的增加，目前國內(nèi)缺少針對不同級別管線鋼的專用埋弧焊焊絲，而現(xiàn)有焊絲難以滿足焊縫的低溫沖擊韌性要求。
本發(fā)明的目的是提供一種適用于低碳微合金鋼的高韌性焊絲，這種焊絲與HJ101配合，可適用于低碳微合金管線鋼鋼管的高熱輸入量埋弧焊焊接生產(chǎn)的需要，其焊縫可獲得高的低溫沖擊韌性。
這種適用于低碳微合金鋼的高韌性焊絲，其特征在于其化學(xué)成分為(wt％)C 0.01～0.12、Mn 0.6～2.3、Si 0.10～0.40、P＜0.02、S＜0.01、Cr 0.01～0.22、Mo 0.08～0.60、 V 0.004～0.06、Cu 0.01～0.50、Ni0.01～0.60、Al 0.01～0.06、Nb 0.02～0.08、Ti 0.01～0.20、B 0.0001～0.01、Re 0.001～0.5、其余量為Fe；焊絲的制造工藝為采用轉(zhuǎn)爐或堿性電爐冶煉，熱軋成φ6～φ8的盤圓，經(jīng)酸洗、冷拔、鍍銅等加工工藝制成φ2.5～φ5的焊絲。
焊絲化學(xué)成分設(shè)計原則是采用多元復(fù)合合金化的方式，從而達到焊縫與母材的最佳匹配，即化學(xué)成份、理化性能性能相當，使焊縫獲得高的強韌性配合。本發(fā)明是采用現(xiàn)有冶煉手段，在煉鋼過程中通過調(diào)整各合金組元的含量即降低P、S含量、控制C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu含量、添加Mo、Nb、Ti、V、B等元素方式，得到低P、S、C含量、多組元合金元素的多元合金鋼材，作為焊絲材料。在焊絲化學(xué)成分復(fù)配時，采用多元復(fù)合合金化的方式實現(xiàn)良好的強韌化配合。即通過降低C含量提高韌性；通過加入Ni、Cu、Mo、B等合金元素抑制先共析鐵素體的轉(zhuǎn)變、降低轉(zhuǎn)變溫度、細化組織以及固溶強化等作用來保證獲得高強度；考慮到在較大熱輸入量條件下，熔合比增加及與焊劑作用的合金化過程，適當提高焊絲的Ti含量，保證焊縫中的Ti含量能達到獲得最佳的促進和細化針狀鐵素體的目的；另外，通過微量元素Re降低夾雜物的含量和改善夾雜物的形態(tài)，并通過CeO進一步促進針狀鐵素體的形成，細化針狀鐵素體的組織，從而達到在高熱輸入量條件下，使焊縫獲得良好的強韌性的目的。這種多元合金焊絲材料的各種組元成份的控制量，已經(jīng)考慮了焊絲在焊接過程中有些元素的燒損、焊劑參與反應(yīng)時有些元素的摻入等因素。這樣，通過焊絲的化學(xué)成分控制焊縫的成分、組織和性能，一方面通過合金元素含量，提高淬透性，避免和減少先共析鐵素體的含量；另一方面，保證有一定量的促進針狀鐵素體形核金屬氧化物的含量，如TiO、CeO等，促進和細化針狀鐵素體組織。但是，并非合金元素含量越高越好，有時過高的合金元素含量會導(dǎo)致發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，降低韌性。
實施例下面公開的是本發(fā)明的一個實施例，要求焊縫強度σb≥590MPa，Akv≥120J(-20℃)?；瘜W(xué)成分C 0.05、Mn 1.08、Si 0.25、P＜0.009、S＜0.005、Cr 0.01、Mo 0.20、V 0.002、Cu 0.20、Ni 0.1、Al 0.01、Nb0.03、B 0.001、Ti 0.03、Re 0.01、其余量加Fe。采用轉(zhuǎn)爐或堿性電爐冶煉，熱軋制成φ6mm的盤條，經(jīng)酸洗、拔制、鍍層等加工制成φ2.5mm的焊絲。
采用上述化學(xué)成分制造的焊絲，根據(jù)API 5L.42技術(shù)標準，用SJ101焊劑，X70鋼板做的試板，雙面單絲焊，焊速1～1.2m/min，第一面焊接電壓30～35V、電流700～750A，第二面電壓35～40V、電流750～850A等焊接規(guī)范進行焊接所得到的焊縫，經(jīng)檢驗焊縫拉伸性能試驗結(jié)果見表1，低溫沖擊性能試驗結(jié)果見表2，焊縫針狀鐵素體含量大于95，沖擊斷口剪切面積(SA％)大于95?？梢姾缚p區(qū)具有良好的組織狀態(tài)和較高的強韌性配合。
本發(fā)明所涉及的高韌性焊絲的開發(fā)推廣，必將為我國管道業(yè)發(fā)展中的加速焊接材料的國產(chǎn)化和降低成本等，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。同時，其市場空間也將十分廣闊。
表1 拉伸性能試驗結(jié)果
表2 低溫沖擊(-20℃)性能試驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種適用于低碳微合金鋼的高韌性的焊絲，其特征在于其化學(xué)成分為(wt％) C 0.01～0.12、Mn 0.6～2.3、Si 0.10～0.40、P＜0.02、S＜0.01、Cr 0.01～0.22、Mo 0.08～0.60、V 0.004～0.06、Cu 0.01～0.50、Ni 0.01～0.60、Al 0.01～0.06、Nb 0.02～0.08、Ti 0.01～0.20、B 0.0001～0.01、Re 0.001～0.5、其余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊絲的制造工藝，其特征在于采用轉(zhuǎn)爐或堿性電爐冶煉，熱軋成φ6～φ8的盤圓，經(jīng)酸洗、冷拔、鍍銅等加工工藝制成φ2.5～φ5的焊絲。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于管線、容器以及要求低溫下高沖擊韌性等的低碳微合金鋼鋼件焊接的焊接高韌性焊絲。其化學(xué)成分為(wt%):C0.01～0.12、Mn 0.6～2.3、Si 0.10～0.40、P<0.02、S<0.01、Cr 0.01～0.22、Mo 0.08～0.60、V 0.004～0.06、Cu 0.01～0.50、Ni 0.01～0.60、Al 0.01～0.06、Nb 0.02～0.08、Ti 0.01～0.20、B 0.0001～0.01、Re 0.001～0.5、其余量為Fe。通過對焊絲成分的控制,來滿足不同強度等級的管線、容器以及要求低溫下高沖擊韌性等鋼件的高熱輸入量條件下的埋弧焊接,焊縫可獲得高的韌性。
文檔編號B23K35/30GK1385279SQ0211959
公開日2002年12月18日 申請日期2002年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月30日
發(fā)明者廖波, 肖福仁, 王旭, 郭 東 申請人:燕山大學(xué)