專利名稱：一種x70等級管線鋼焊接用電焊條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接加工用電焊條，特別是一種用于X70級管線鋼焊接且具有良好的抗腐蝕性和較高的強度和低溫韌性的電焊條，該焊條可廣泛用于X60級管線鋼及與 X70級管線鋼成分及強度等級相當(dāng)、對硫磷和低溫韌性有較高要求的其他低合金鋼的焊接。
背景技術(shù)：
管線鋼主要用于原油、成品油、天然氣及水煤漿等物質(zhì)的輸送。隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和物流輸送方式的改變，管線鋼在我國擁有廣闊的應(yīng)用前景。復(fù)雜的運營環(huán)境是油氣輸送工程的重要特征，這使得油氣管線在運營中由于腐蝕造成的危害十分嚴(yán)重；通常生產(chǎn)用于原油、成品油、天然氣等物質(zhì)輸送管的X70等級鋼卷板的化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)(wt % )為C :0. 04-0. 08、Mn :1. 40-1. 75、Si :0. 10-0.30、 P 彡 0. 018、S 彡 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、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；此類管線鋼具有較低的硫、磷含量，較高的低溫韌性和良好的抗腐蝕性。因此，要求X70管線鋼的焊接接頭具有相應(yīng)的、良好的抗腐蝕性和較高的低溫韌性。然而，目前缺少與該鋼種配套的低硫、 磷及高低溫韌性的焊條，在施工中一般使用普通堿性焊條J607進行焊接。J607焊條熔敷金屬的化學(xué)成分一般(wt % )為C 0.084、Mn 1. 55、SiO. 50、P 0.021、S 0.011、Mo 0. 34, Fe 96. 494，余量為雜質(zhì)；其力學(xué)性能抗拉強度680Mpa，屈服強度580MPa，伸長率25%，-20°C 沖擊功(J) 110。對比上述兩者的化學(xué)成分及性能，可以看出普通堿性焊條(J607)的熔敷金屬與X70管線鋼合金體系的匹配性差，其中主要合金元素中硅(Si)、鉬(Mo)等的含量與 X70等級鋼卷板的含量差別較大，而硫磷含量較高、尤其是硫含量高，且缺Ti、Ni、Cr等元素；因而導(dǎo)致采用普通堿性低氫焊條(J607)對X70管線鋼進行焊接后、其熔敷金屬極大地降低了焊縫的抗腐蝕性、抗裂性及低溫韌性。同時，依據(jù)理論及大量的試驗和部分工程事故的分析，均認(rèn)為采用普通堿性低氫焊條(J607)對X70管線鋼進行焊接其熔敷金屬性能難以滿足X70管線鋼對焊接的要求、特別是對抗腐蝕性、抗裂性能及低溫韌性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計一種X70等級管線鋼焊接用電焊條，以達(dá)到在對X70等級鋼進行焊接，其焊接熔敷金屬在不對焊縫進行焊后熱處理的情況下，確保焊縫具有較低的硫、磷含量，較高的低溫韌性、良好的抗腐蝕性和抗裂性能，以滿足石油、天然氣輸送對X70等級管線鋼管及其焊縫各項技術(shù)指標(biāo)的要求等目的。本發(fā)明的解決方案是包括采用低硫、磷的碳鋼絲作為焊芯，及裹覆于焊芯表面的藥皮，關(guān)鍵在于以重量百分比計，焊芯成分為c. 0. 02-0. IOwt %、Mn. 0. 30-0. 55wt %、 Si. 0. 015-0. 03wt Cr. 0. 01-0. 20wt Ni. 0. 01-0. 30wt % , S ^ 0. 005wt
P彡0. OlOwt Fe. 98. 675-99. 47wt%，余量為雜質(zhì)；藥皮以焊芯的重量百分比計、其成分為大理石 16. 0-20. 0wt%、螢石 7. 5-9. 0wt%、長石 2. 0-3. 0wt%、石英 1. 5-2. Owt電解錳 3. 0-3. 8wt %、硅鐵 1. 5-2. 58wt %、鈦鐵 3. 0-4. Owt %、純堿 0. 3-0. 6wt %、鐵粉 1. 5-2. 5wt%、鎳粉0. 5-0. 58wt%、鉬鐵0. 1-0. 2，將各成分的粉料按比例混合均勻后、加入總成分(混合料)重10-20%的粘結(jié)劑攪拌混合均勻；然后送入壓條機內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于焊芯上、再經(jīng)低溫及高溫烘焙，即成；焊條中藥皮的重量為焊芯重量的40-50%。上述大理石中CaCO3含量彡96%,螢石中CaF2含量彡96%,長石中SiO2含 60-70%,Al2O3 ^ 15-20%、K20 含 10-20%，石英中 SiO2 含量彡 96%，硅鐵中 Si 含 42-47%， 鈦鐵中Ti含25-35%，鉬鐵中Mo含50-60% 以上各成分均以重量百分比計。而所述加入總成份重10-20%的粘結(jié)劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃，其濃度為41° 43°。 所述低溫烘焙的溫度為80-120°C ；高溫烘焙的溫度為350-400°C。本發(fā)明藥皮原料中各成分的主要作用如下大理石是藥皮的主要成份，既作造氣劑，又作造渣劑；大理石分解析出氣體時， 能提供對熔滴的噴力，減少飛濺，分解出的CaO既能穩(wěn)定電弧、又有良好的脫硫能力；當(dāng)含量較低時，不易形成短渣，對立向下焊接不利；當(dāng)含量過高時，則易產(chǎn)生焊接氣孔。螢石也是本發(fā)明中藥皮的主要成份，它是造渣劑，起降低熔渣熔點與黏度的稀渣作用，使熔池反應(yīng)活潑，改善脫渣性；螢石去除氫氣孔的作用非常顯著，隨著藥皮中螢石加入量得增加，焊縫中含氫量就減少；但其含量太低、則稀渣能力不足，若含量過高、則焊條電弧穩(wěn)定性下降。長石具有穩(wěn)弧作用，當(dāng)長石用量過大時、焊條端部容易出現(xiàn)局部熔蝕現(xiàn)象并呈圓珠狀向四周飛濺，熔渣黏度顯著下降，使焊縫成形變壞、脫渣困難。石英用以造渣、調(diào)整熔渣黏度；如配比含量太小、熔渣流動性不良，成形變差；配比含量過大、則渣成黑色玻璃狀，脫渣困難。電解錳、硅鐵和鈦鐵前二者主要是合金劑、兼有脫氧作用，后者則純粹作為脫氧劑，用以保護Mn和Si少受氧化而過渡入((滲入))熔池，以保證機械性能；其中，過量的電解錳會增加MnO的量、使熔渣堿度增大，導(dǎo)致熔渣流動性變差，焊縫成形不良、脫渣困難；過量的硅鐵會加劇熔池中的化學(xué)冶金反應(yīng)，使爆炸性飛濺增大、熔渣流動性增加、成形變差， 而且還會導(dǎo)致焊縫金屬的硅含量增加；鈦鐵是主要脫氧劑，脫氧后的產(chǎn)物TW2有一定的稀渣作用，鈦鐵還對改善焊條的工藝性能有利。鐵粉在焊條藥皮的作用一般容易被忽略，但在本發(fā)明焊條中它卻起到了不小的作用，因為鐵粉能起到凈化溶池的作用，同時它又能細(xì)化晶粒，提高焊縫沖擊韌性，但不宜過多，因為過量的加入鐵粉會使其它元素稀釋。鎳粉為合金劑，過渡(滲入)到焊縫的鎳(Ni)是提高焊縫金屬低溫沖擊韌性的主要元素，它能降低焊縫金屬的脆性轉(zhuǎn)變溫度；焊縫金屬的低溫沖擊韌性是隨焊縫中含鎳量增加而提高的；但鎳屬于稀有貴重金屬，所以在保證焊縫金屬沖擊韌性達(dá)到優(yōu)良的前提下，應(yīng)盡量減少其加入量，以降低成本。純堿主要是利用其潤滑性，以改善焊條在油壓機上的壓涂性能；同時，它也有穩(wěn)弧作用，加入量不宜過多，否則導(dǎo)致藥皮容易吸潮。鉬鐵為合金劑，過渡(滲入)到焊縫的鉬(Mo)，一方面可以有效提高焊縫金屬的拉伸強度，另一方面可促進焊縫獲得理想的針狀鐵素體顯微組織，對提高韌性有利；但過高會提高焊縫金屬的硬度。
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本發(fā)明即通過上述成分的有機組配并與低硫、磷的焊芯配合從而實現(xiàn)其發(fā)明的目的。因而本發(fā)明具有焊接時電弧穩(wěn)定、熔渣鋪展性好、飛濺少，脫渣容易、焊縫成型光亮美觀，可全位置焊接。本發(fā)明焊條的熔敷金屬具有良好的抗腐蝕性、低溫韌性和抗裂性能，其熔敷金屬力學(xué)性能抗拉強度630MPa、屈服強度510MPa、伸長率、_20°C沖擊功平均值160J、最小單值120J ；采用本發(fā)明焊條對X70等級管線鋼管焊接、其焊縫(熔敷金屬) 各項技術(shù)指標(biāo)均完全滿足石油、天然氣輸送對X70等級管線鋼輸送管的要求等特點。
具體實施例方式本實施方式采用專用低硫、磷碳鋼絲作為焊芯，其化學(xué)成分)為C :0. 057、 Mn :0. 459、Si :0. 026、P :0. 010、S :0. 005、Cr :0. 047、Ni :0. 035、Fe :99. 359，余量為雜質(zhì)。就IOOkg焊芯所需各藥粉重量如下含CaC0397. 70 %的大理石18. 5kg、含 CaF296. 73 % 的螢石 8. 5kg、含 Si026 3 . 61 %, Α120317· 21%, K2O 14. 37% 的長石 2. 7kg、含 Si0297 . 20% 的石英 1. 8kg、電解錳 3. 6kg、含 Si 44. 25% 的硅鐵 2. 4kg、含 Ti 27. 47% 的鈦鐵3. 6kg、純堿0. 4kg、鐵粉2. 0kg、鎳粉0. 55kg、鉬鐵0. 16kg ；將上述粉攪拌混合均勻后、 加入濃度43°的鉀鈉水玻璃5. 5kg混合均勻，然后送入壓條機內(nèi)將其包裹于焊芯上，再經(jīng) 100°C低溫烘焙2小時、380°C高溫烘焙1小時，即成。所得焊條經(jīng)焊接X70等級鋼管的試驗結(jié)果如下試驗用X70等級鋼卷板的實際化學(xué)成分(wt% )為=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、其余為！^及不可避免的不純物。其力學(xué)性能抗拉強度 (Mpa) 630、屈服強度(Mpa) 530、伸長率37%、屈強比0.84。實施例熔敷金屬化學(xué)成分(wt%) % =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，余量為雜質(zhì);實施例熔敷金屬力學(xué)性能抗拉強度(MPa)630、屈服強度(MPa)510、伸長率 24%、-20°C沖擊功(J)平均值160、最小單值120。上述試驗結(jié)果，其化學(xué)成分及力學(xué)性能均完全滿足西氣東輸二線工程用X70等級管線鋼及其焊接標(biāo)準(zhǔn)的要求。
權(quán)利要求
1.一種X70等級管線鋼焊接用電焊條，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮， 其特征在于焊芯成份以重量百分比計為C. 0. 02-0. IOwt %、Mn. 0. 30-0. 55wt %、 Si. 0. 015-0. 03wt %、Cr. 0. 01-0. 20wt Ni. 0. 01-0. 30wt S 彡 0. 005wt %、 P彡0. OlOwt Fe. 98. 675-99. 47wt%，余量為雜質(zhì)；藥皮以焊芯的重量百分比計、其成分為大理石 16. 0-20. Owt %、螢石 7. 5-9. Owt %、長石 2. 0-3. Owt %、石英 1. 5-2. Owt電解錳 3. 0-3. 8wt %、硅鐵 1. 5-2. 58wt %、鈦鐵 3. 0-4. Owt %、純堿 0. 3-0. 6wt %、鐵粉 1. 5-2. 5wt%、鎳粉0. 5-0. 58wt%、鉬鐵0. 1-0. 2，將各成分的粉料按比例混合均勻后、加入總成分重10-20%的粘結(jié)劑攪拌混合均勻；然后送入壓條機內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于焊芯上、再經(jīng)低溫及高溫烘焙，即成；焊條中藥皮的重量為焊芯重量的40-50%。
2.按權(quán)利要求1所述X70等級管線鋼焊接用電焊條，其特征在于所述大理石中CaCO3 含量彡96%，螢石中CaF2含量彡96%，長石中SiO2含60-70 %、Al2O3含15-20%、K2O含 10-20%，石英中SiO2含量彡96%，硅鐵中Si含42-47%，鈦鐵中Ti含25-35%，鉬鐵中Mo 含50-60% 以上各成分均以重量百分比計。
3.按權(quán)利要求1所述X70等級管線鋼焊接用電焊條，其特征在于所述加入總成份重 10-20%的粘結(jié)劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃，其濃度為41° 43°。
4.按權(quán)利要求1所述X70等級管線鋼焊接用電焊條，其特征在于所述低溫烘焙的溫度為80-120°C ；高溫烘焙的溫度為350-400°C。
全文摘要
該發(fā)明屬于X70等級管線鋼焊接用電焊條，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，余量為雜質(zhì)；藥皮以焊芯的重量計、其成分為(wt％)大理石16.0-20.0、螢石7.5-9.0、長石2.0-3.0、石英1.5-2.0、電解錳3.0-3.8、硅鐵1.5-2.58、鈦鐵3.0-4.0、純堿0.3-0.6、鐵粉1.5-2.5、鎳粉0.5-0.58、鉬鐵0.1-0.2，粘結(jié)劑為粉料重的10-20％，經(jīng)混合、裹覆于焊芯上、再經(jīng)低溫及高溫烘焙即成。該發(fā)明焊接時電弧穩(wěn)定、熔渣鋪展性好、飛濺少，焊縫成型光亮，熔敷金屬具有良好的抗腐蝕性、低溫韌性和抗裂性能，抗拉強度630MPa、屈服強度510MPa、伸長率24％、-20℃沖擊功平均值160J、最小單值120J。
文檔編號B23K35/365GK102441746SQ20111031053
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者王高見, 蔣勇, 陳維富 申請人:四川大西洋焊接材料股份有限公司