專利名稱：X100管線鋼手工焊的電焊條及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊條，特別涉及一種XlOO管線鋼手工焊的電焊條及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也越來(lái)越大，而天然氣作為一種高效清潔的能源正日益受到人們的格外重視。由于天然氣田一般位于遠(yuǎn)離消費(fèi)市場(chǎng)的荒漠地區(qū)，如何安全、經(jīng)濟(jì)的將天然氣輸送到消費(fèi)市場(chǎng)一直是天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。目前，天然氣輸送中要求最高的就是對(duì)天然氣管道性能的要求?，F(xiàn)代天然氣管道總的發(fā)展趨勢(shì)主要為兩點(diǎn)一是進(jìn)一步提高輸送壓力，發(fā)達(dá)國(guó)家近年來(lái)新建天然氣輸送干線的工作壓力達(dá)15MPa ;二是與提高壓力相匹配，采用高強(qiáng)度級(jí)鋼管。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把X80列為21世紀(jì)初天然氣管道的主選鋼級(jí)，德國(guó)、日本、加拿大已研制成功XlOO管線鋼。此外，由ECSC、CSM和歐洲鋼管共同進(jìn)行的聯(lián)合研究項(xiàng)目，開展了管徑達(dá)到1420mm輸送壓力為15MPa的XlOO鋼管的斷裂行為的研究，采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和全尺寸爆破試驗(yàn)，對(duì)其可行性進(jìn)行了論證。國(guó)內(nèi)外專家預(yù)測(cè)，在今后的10年內(nèi)，XlOO強(qiáng)度級(jí)管線鋼將會(huì)占據(jù)大型天然氣管線用鋼市場(chǎng)。我國(guó)未來(lái)的管道建設(shè)中將大力實(shí)施XlOO管線鋼工程。目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)級(jí)別小于XlOO管線鋼焊條很多，如英國(guó)FILAPK公司的E8018 — G焊條、日本神鋼的K0BAE6010、E7010焊條、西安交通大學(xué)研制的E8016 — G焊條，而適合XlOO管線鋼焊接用的焊條微乎其微。在高強(qiáng)度焊管制造過(guò)程中，其最難解決的是焊縫金屬及熱影響區(qū)的強(qiáng)度及韌性的降低問(wèn)題，且強(qiáng)度級(jí)別越高韌性降低越明顯。如何控制焊縫金屬及熱影響區(qū)的性能是高強(qiáng)度焊管開發(fā)急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述不足之處，本發(fā)明的目的之一就在于提供一種XlOO管線鋼手工焊的電焊條，該XlOO管線鋼手工焊的電焊條能滿足焊后焊縫具有與XlOO管線鋼本體相近的高強(qiáng)度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種XlOO管線鋼手工焊的電焊條，由焊芯和裹覆于焊芯表面的藥皮組成，所述焊芯包括以下成分C O. 020-0. 100 ；Mn O. 350-0. 550 ；Si O. 015-0. 030 ；P O. 005-0. 010 ；S 0. 002-0. 005 ；Cr 0. 01-0. 20 ；Ni 0. 01-0. 30 ；Cu
0.01-0. 20 ;余量為Fe及微量雜質(zhì)。作為優(yōu)選，所述藥皮成分重量百分比為
硅微粉3-8 ；
螢石粉20-30 ；
大理石粉25-35 ；
電解錳3-8 ；
噴霧硅鐵3-6 ；霧化鐵粉15-30 ；
鎳粉4-7 ；
鑰鐵粉1-2 ；
鋯英砂2-4 ；
鈦鐵粉4-8 ；
作為優(yōu)選，所述娃微粉3kg ；
所述螢石粉22 kg ；
所述大理石粉28 kg ；
所述電解猛5. 8 kg ；
所述噴霧硅鐵5 kg ；
所述霧化鐵粉20 kg ；
所述鎳粉5 kg ；
所述鑰鐵粉1. 2 kg ;
所述錯(cuò)英砂3 kg ；
所述欽鐵粉6 kg ；
本發(fā)明的目的之二在于提供一種制造上述XlOO管線鋼手工焊的電焊條的生產(chǎn)方法。技術(shù)方案是一種制造上述XlOO管線鋼手工焊的電焊條的生產(chǎn)方法，其特征在于所采用的步驟為將所述藥皮粉料拌混合均勻后，加入藥皮粉料重量16-20%的粘結(jié)劑混合均勻，然后送入壓條機(jī)內(nèi)將其包于所述焊芯上，再經(jīng)60-150°C低溫烘焙、350-380°C高溫烘
小立m。作為優(yōu)選，所述粘結(jié)劑為濃度42. 5°的鉀鈉水玻璃。本發(fā)明的發(fā)明原理
通過(guò)對(duì)各種原輔材料合理配備，對(duì)熔渣的凝固點(diǎn)、表面張力、粘度等方面的調(diào)整，設(shè)計(jì)了一種操作性能好的高堿度渣系。通過(guò)對(duì)鉀、鈉等物質(zhì)含量的調(diào)整，改善了焊劑的電弧穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)熔敷金屬的微合金化，使熔敷金屬晶粒細(xì)化，提高焊縫金屬的塑韌性。為了提高熔敷金屬的抗裂性能，通過(guò)對(duì)原材料的處理，降低焊縫金屬晶界邊緣低熔點(diǎn)物質(zhì)的凝聚；通過(guò)加入稀土等特殊物質(zhì)，改變?nèi)鄯蠼饘僦杏泻﹄s質(zhì)在晶界邊緣的形態(tài)；通過(guò)對(duì)某些原輔材料的特殊處理，大大降低了焊劑的結(jié)晶水含量，加入多種碳酸鹽、氟化物等提高脫氫能力來(lái)降低熔敷金屬擴(kuò)散氫的含量。本發(fā)明技術(shù)方案所采用焊芯化學(xué)成分及藥皮組份的依據(jù)是使焊縫熔敷金屬中重要元素化學(xué)成分控制在理想范圍內(nèi)，即
l.Mn與Ni的匹配
Mn能擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，推遲γ-α的轉(zhuǎn)變，使焊縫組織的轉(zhuǎn)變溫度向針狀鐵素體形成溫度接近，從而在提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度的同時(shí)改善韌性，同時(shí)Mn還是良好的脫氧、脫硫齊U，因此焊縫中含有一定量的Mn是有益的。Ni除了能促進(jìn)針狀鐵素體形成外，還有利于減少?zèng)_擊值的波動(dòng)，降低焊縫金屬的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，因此必須保證焊縫中含有一定量的Ni。研究表明，保持熔敷金屬適宜強(qiáng)度和優(yōu)良韌性的關(guān)鍵之一是控制Mn與Ni的配比，隨著Ni含量的增高，必須降低Mn含量，否則會(huì)使焊縫強(qiáng)度過(guò)高而降低焊縫塑性和韌性，研究表明Mn/Ni比在O. 8 1. 2范圍內(nèi)是比較合適的。2. Mo—方面可以有效提高焊縫金屬的拉伸強(qiáng)度，另一方面可促進(jìn)焊縫獲得理想的針狀鐵素體顯微組織，對(duì)提高韌性有利；同時(shí)Mo是強(qiáng)碳化物形成元素，具有明顯地沉淀強(qiáng)化作用，過(guò)高會(huì)提高焊縫金屬的硬度。小于O. 20%則無(wú)法保證XlOO鋼的焊縫金屬的拉伸強(qiáng)度和高韌性。因此在滿足強(qiáng)度的前提下，含量控制在O. 20-0. 40%比較適宜。3. Ti是強(qiáng)碳化物形成元素，易形成穩(wěn)定的TiC，Ti是顯著強(qiáng)化鐵素體元素。因此，Ti的加入即可細(xì)化晶粒提高焊縫韌性，又因其固溶于鐵素體的脆化作用，抵消細(xì)化晶粒對(duì)焊縫韌性的有利影響，經(jīng)反復(fù)調(diào)試，確定了合適的Ti含量，保證焊縫金屬韌性有較大的提聞。4.在焊條藥皮中加入了微量稀土元素，一方面使鐵素體得到了細(xì)化，另一方面由于稀土元素具有脫硫、改變硫化 物形態(tài)、凈化焊縫的作用，提高低溫沖擊韌性。通過(guò)對(duì)稀土元素及其加入量的調(diào)整，明顯提高了焊縫金屬的低溫沖擊性能，取得了良好的效果。5.硫⑶、磷⑵都是有害元素，當(dāng)焊縫金屬中S、P含量越高，焊縫的夏比沖擊值越低；同時(shí)S、p是焊縫引起熱裂紋的主要原因之一。我們對(duì)使用鋼材及其原輔料進(jìn)行了精選，對(duì)材料的S、P雜質(zhì)含量進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，全部采用了高純凈度的材料，將焊縫金屬硫
(S)含量控制在不大于O. 006%，同時(shí)磷(P)含量控制在不大于O. 015%。6.鐵粉能凈化溶池，同時(shí)它又能細(xì)化晶粒，提高焊縫沖擊韌性，但過(guò)多會(huì)使其它元素稀釋。鐵粉(Fe)藥皮中加入量控制在15-30%。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明保護(hù)的焊條焊接X(jué)lOO管線鋼，焊縫金屬化學(xué)成分和XlOO管線鋼合理的匹配，通過(guò)使用合適的焊接工藝，在不進(jìn)行焊后熱處理的情況下使焊縫金屬的組織達(dá)到最佳，具有合理的拉伸強(qiáng)度、沖擊值、彎曲性能、抗裂性能、硬度等機(jī)械性能指標(biāo)，并且焊縫內(nèi)部氣孔、夾渣和裂紋，以及外觀邊緣過(guò)度和咬邊等滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。本發(fā)明保護(hù)的焊條中各成份合理匹配對(duì)改善焊接組織和焊縫的機(jī)械性能起到了良好作用，本焊條焊接X(jué)lOO管線鋼，焊縫金屬具有高強(qiáng)度、高韌性、抗H2S腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)點(diǎn)，與Xioo管線鋼基材達(dá)到良好的匹配。采用本焊條的焊縫金屬不需進(jìn)行熱處理，克服了低合金高強(qiáng)鋼焊接后焊縫需進(jìn)行熱處理且質(zhì)量差、使用中易發(fā)生工程事故等缺陷。本發(fā)明保護(hù)的焊條，以適應(yīng)石油、天然氣輸送管道的高速發(fā)展。該焊條焊接和補(bǔ)焊Xioo等級(jí)鋼，其焊接熔敷金屬不需進(jìn)行焊后熱處理，能夠保證)焊縫金屬的各項(xiàng)性能滿足石油、天然氣輸送對(duì)焊接鋼管的高強(qiáng)度、高韌性、抗H2S腐蝕性和低硬度等技術(shù)指標(biāo)要求。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1
取直徑 Φ4. Omm 的焊芯，其化學(xué)成分為(％) :C O. 060、Mn O. 440、Si O. 020、P O. 007、SO. 003、Cr O. 010、Ni O. 020、Cu O. 010、余量為 Fe 及微量雜質(zhì)。取藥皮粉料，藥皮粉料成分為硅微粉3kg，螢石粉22 kg,大理石粉28 kg,電解錳5.8 kg，噴霧硅鐵5 kg，霧化鐵粉20 kg,鎳粉5 kg鑰鐵粉1. 2 kg,鋯英砂3 kg，鈦鐵粉6 kg混合均勻后，加入16 1^濃度42.5°的鉀鈉水玻璃攪拌均勻，然后送入壓條機(jī)內(nèi)將其包裹于焊芯上，再經(jīng)60-130°C低溫烘焙2h、380°C高溫烘焙I h，即制得長(zhǎng)400mm、外徑Φ6. 4mm的焊條250 kg。所得焊條經(jīng)焊接Φ 1219X26. 4mmX100等級(jí)鋼管試驗(yàn)試驗(yàn)用Φ1219Χ26. 4mmX100等級(jí)鋼卷板的實(shí)際化學(xué)成分(％) :C O. 064、Mn 1.69、SiO. 10、P O. 008、S O. 001、Nb O. 042、Cr O. 024、Ni O. 29、V O. 014、Cu O. 10、Mo O. 27 余量
為Fe及微量雜質(zhì)；管體的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度(MPa)830、屈服強(qiáng)度(MPa)700、伸長(zhǎng)率28、屈強(qiáng)比0.84。焊縫熔敷金屬的化學(xué)成分(％):C O. 063、Mn1. 68, Si O. 32、P O. 007、S 0.005Mo 0. 29, Cu 0.073、Ni 2. 19, Cr 0.030、Nb 0.038、V 0. 011、余量為 Fe 及微量雜質(zhì)。焊縫熔敷金屬的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度(MPa) 790、屈服強(qiáng)度(MPa) 700、伸長(zhǎng)率20%、-20°C沖擊功(J):平均值135、最小值121 ；
焊接成型后的管體的沖擊試驗(yàn)(_20°C沖擊功)管道本體平均220J、最小208J;焊縫平均134J、最小123J;熱影響區(qū)平均130J、最小120J ；
顯微硬度(HVlO):管體平均265;焊縫平均262 ;熱影響區(qū)平均266。 上述試驗(yàn)所得各項(xiàng)參數(shù)，無(wú)論其化學(xué)成分及力學(xué)性均完全滿足XlOO等級(jí)鋼管線及其焊接標(biāo)準(zhǔn)的要求。
權(quán)利要求
1.一種XlOO管線鋼手工焊的電焊條，由焊芯和裹覆于焊芯表面的藥皮組成，其特征在于所述焊芯包括以下成分C O. 020-0. 100 ；Mn O.350-0. 550 ；Si O.015-0. 030 ；PO. 005-0.010SO. 002-0.005CrO. 01-0.20 ；NiO. 01-0.30 ；CuO. 01-0.20 ；余量為Fe及微量雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的XlOO管線鋼手工焊的電焊條，其特征在于所述藥皮成分重量百分比為硅微粉3-8 ；螢石粉20-30 ；大理石粉25-35 ；電解錳3-8 ；噴霧硅鐵3-6 ；霧化鐵粉15-30 ；鎳粉4-7 ；鑰鐵粉1_2 ；鋯英砂2-4 ；鈦鐵粉4-8。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的XlOO管線鋼手工焊的電焊條，其特征在于所述娃微粉3kg ；所述螢石粉22 kg ；所述大理石粉28 kg ；所述電解猛5. 8 kg ；所述噴霧硅鐵5 kg ；所述霧化鐵粉20 kg ；所述鎳粉5 kg ；所述鑰鐵粉1. 2 kg ;所述錯(cuò)英砂3 kg ；所述鈦鐵粉6 kg ο
4.一種制造上述權(quán)利要求1、2或3所述的XlOO管線鋼手工焊的電焊條的生產(chǎn)方法，其特征在于所采用的步驟為將所述藥皮粉料拌混合均勻后，加入藥皮粉料重量16-20%的粘結(jié)劑混合均勻，然后送入壓條機(jī)內(nèi)將其包于所述焊芯上，再經(jīng)60-150°C低溫烘焙、350-380°C高溫烘焙。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的XlOO管線鋼手工焊的電焊條的生產(chǎn)方法，其特征在于所述粘結(jié)劑 為濃度42. 5°的鉀鈉水玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種X100管線鋼手工焊的電焊條，屬于焊接領(lǐng)域，由焊芯和裹覆于焊芯表面的藥皮組成，所述焊芯包括以下成分C0.020-0.100；Mn0.350-0.550；Si0.015-0.030；P0.005-0.010；S0.002-0.005；Cr0.01-0.20；Ni0.01-0.30；Cu0.01-0.20；余量為Fe及微量雜質(zhì)。與現(xiàn)有的相比，本發(fā)明保護(hù)的X100管線鋼手工焊的電焊條能滿足焊后焊縫具有與X100管線鋼本體相近的高強(qiáng)度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能。
文檔編號(hào)B23K35/40GK103008912SQ201210547498
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者楊飛 申請(qǐng)人:四川大西洋焊接材料股份有限公司