專利名稱：抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于埋弧焊焊絲技術領域。具體涉及一種抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲。
背景技術：
二氧化碳驅(qū)油是提高低滲透油田采收率主要和有效的方法之一，但是，二氧化碳和水共存就具有極強的腐蝕性，引起鋼鐵材料迅速腐蝕，使得管道設備發(fā)生早期失效。美國Little Creek油田實施CO2驅(qū)油試驗期間，不到5個月油管管壁就腐蝕穿孔，腐蝕率高達12.7mm/a。近十年來，我國隨著強腐蝕環(huán)境油氣井的進一步開發(fā)，井底二氧化碳等強腐蝕氣氛連續(xù)上升等綜合環(huán)境的變化，使得油氣田集輸管腐蝕日益嚴重，對制造管道的材料(包括管材和焊接材料)，提出較高強度和優(yōu)良韌性等力學性能的同時，對耐二氧化碳腐蝕性能也提出了較高的要求。近年來，通過對耐二氧化碳腐蝕機理研究，在耐二氧化碳腐蝕鋼材的開發(fā)方面有了較大的進展，用于二氧化碳驅(qū)油油田地面集輸管道用管線鋼相繼研發(fā)成功，其強度逐漸發(fā)展到65(T740MPa (該強度級別相當于管線鋼X80)。但現(xiàn)有的焊接材料技術中，如“X80管線鋼埋弧焊焊絲” (ZL200710139338.5)、“高強度管線鋼用埋弧焊焊絲”(ZL200510018993.6)和“高等級管線鋼用高強度高韌性高焊速埋弧焊絲”(ZL200810005040.X)專利技術，雖適用于X80的埋弧焊焊接，且均具有優(yōu)良的強度和韌性，但卻不具備耐腐蝕性能。又如“低碳微合金化埋弧焊絲”(ZL92105621.4)、“高性能管線鋼埋弧焊焊絲” (ZL01106520.6)、“高等級管線鋼用埋弧焊焊絲材料” (ZL 200410073353.0)專利技術，也雖適用于油氣管線X80的埋弧焊焊接，也具備了較好的抗H2S腐蝕性能，但基于CO2與H2S對金屬材料的腐蝕機理不同，這些焊絲卻不能有效抵抗二氧化碳腐蝕。`

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術的不足，目的是提供一種抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲，該埋弧焊焊絲能滿足對所焊抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼形成的焊接接頭強度和韌性的要求，還具有與母材匹配的抗二氧化碳腐蝕性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的化學組分是:c為0.02 0.06wt%, Si為0.20 0.40wt%, Mn為
1.20 2.00wt%, Cr 為 3.00 8.00wt%, Cu 為 0.20 0.40wt% ； (V+Ti+B)為 0.04 0.10wt% ；S彡0.001wt%, P彡0.002wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。由于采用了上述技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下積極效果:
本發(fā)明采用超低碳(C)含量，一方面使焊縫金屬形成超低碳貝氏體或超低碳馬氏體組織，在保證焊縫金屬強度的同時，使其具有較好的抗裂性能和沖擊韌性，另一方面避免生成大量的鉻的碳化物，提高了耐腐蝕性能。本發(fā)明采用中等鉻(Cr)元素含量，在CO2腐蝕介質(zhì)中，鉻(Cr)元素能使腐蝕產(chǎn)物膜更加致密，阻礙腐蝕進一步發(fā)展，保證焊縫金屬及熱影響區(qū)熔合線，在服役過程中，具有與母材相當?shù)目苟趸几g性；另一方面通過固溶強化提高焊縫金屬的強度，以彌補由于超低碳含量而降低的強度。本發(fā)明采用中等含量的錳(Mn)元素，在焊縫中有利于脫氧和脫硫，防止引起熱裂紋；另外，錳元素是硬化元素，可彌補由于碳含量減少而引起強度降低的不足；此外，一定含量的錳元素能使針狀鐵素體的轉(zhuǎn)變起始溫度降低，轉(zhuǎn)變溫度范圍擴大，在焊縫金屬中提高針狀鐵素體的體積比。本發(fā)明適當?shù)奶砑鱼~(Cu)元素，能使形成的腐蝕產(chǎn)物膜更加密致，提高了耐腐蝕性能；本發(fā)明所添加的微量元素(V+Ti+B)中的V和Ti元素先于鉻形成碳化物，一方面能提高耐腐蝕性能，另一方面 ，適量的Ti可形成彌散分布細小的TiN或Ti2O3質(zhì)點，這些質(zhì)點可作為焊縫凝固時針狀鐵素體的非均質(zhì)形核核心，促使形成一定數(shù)量的針狀鐵素體，提高焊縫金屬的力學性能；添加極少量的B，使之在奧氏體晶界聚焦，降低晶界能，抑制先共析鐵素體的形成。本發(fā)明通過鋼水純凈化提高焊絲的品質(zhì)，嚴格控制S和P元素在焊絲中的含量，從而保證焊縫金屬中S、P元素控制在較低的水平。本發(fā)明以超低的碳含量、中等的鉻含量和錳含量、少量的銅含量和微量的(V+Ti+B)含量制成的埋弧焊焊絲，焊接抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼，其焊縫金屬組織以超低碳貝氏體為主，還有少量的針狀鐵素體組織和極少量的超低碳馬氏體組織，該組織保證了焊縫金屬具備較高的強度和較好的沖擊韌性，該焊縫金屬的抗拉強度為65(T740MPa，_20°C沖擊韌性為82 110J，腐蝕速率為1.l(Tl.43mm/a，抗二氧化碳腐蝕性能優(yōu)良，實現(xiàn)了與抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼性能的匹配。因此，本發(fā)明制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲與SJlOl-G焊劑配合使用，所形成的焊縫金屬的力學性能和耐蝕性能能滿足對所焊抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼形成的焊接接頭強度、韌性和抗二氧化碳腐蝕性能要求，焊接接頭性能與母材相匹配，滿足對所焊接制備的油氣管道的技術要求，具有良好的抗二氧化碳腐蝕性能。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述，并非對本其保護范圍的限制: 實施例1
一種抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲。所述的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的化學組分是:c為0.02 0.03wt%, Si為0.30 0.40wt%, Mn為1.20 1.40wt%,Cr 為 7.00 8.00wt%, Cu 為 0.20 0.30wt% ； (V+Ti+B)為 0.04 0.05wt% ；S ( 0.001wt%,P ^ 0.002wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實施例所制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲，采用三絲埋弧焊焊接方法，配套使用焊劑為SJ101-G，焊接厚度為12mm的抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼X80鋼板。該鋼板的化學組分是:C為0.01 0.05wt%, Si為0.10 0.20wt%，Mn為1.20 1.70wt%, Cr為 3.50 6.20wt%，Nb 為 0.05 0.10wt%，Ti 為 0.005 0.015wt%,S^0.001wt%,P^0.010wt%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；該鋼板的力學性能是:屈服強度為650MPa，抗拉強度為710MPa，-20°C平均沖擊韌性功為150J。試板坡口型式為雙V型，單側(cè)坡口角度為45°。焊絲直徑為3.2mm，焊接線能量為22kJ/cm。對本實施例所制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的焊縫金屬進行顯微組織分析、力學性能和腐蝕性能測試，其中的顯微組織分析方法及力學性能測試按常規(guī)方法進行，腐蝕性能測試方法如下:在3L高溫高壓FCZ磁力驅(qū)動反應釜進行CO2腐蝕試驗，將熔敷金屬放在高溫高壓釜的腐蝕介質(zhì)中，介質(zhì)成分模擬PY30 -1氣田采出液。測試實驗參數(shù)如下:溫度為60° C，CO2分壓為IMPa，流速為lm/s，實驗周期為768小時。用500mLHCl和
3.5g C6H12N4 (六次甲基四胺)及去離子水配制成IOOOmL溶液去除腐蝕產(chǎn)物。用失重法計算平均腐蝕速率。測試結(jié)果如下:焊縫金屬組織以低碳貝氏體為主，還有少量針狀鐵素體+極少量低碳馬氏體。焊縫金屬的抗拉強度為65(T665MPa，_20°C時焊縫金屬沖擊功Akv=97 110J，腐蝕試樣表面光滑，腐蝕速率為1.4(Tl.43mm/a。測試結(jié)果表明:采用本實施例焊絲，經(jīng)三絲埋弧焊后，其焊縫金屬力學性能和抗腐蝕性能完全滿足抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線用鋼X80的技術要求。實施例2
一種抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲。所述的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的化學組分是:c為0.03 0.04wt%, Si為0.30 0.40wt%, Mn為1.40 1.60wt%,Cr 為 5.50 7.00wt%, Cu 為 0.20 0.30wt% ； (V+Ti+B)為 0.05 0.07wt% ；S ( 0.001wt%,P ^ 0.002wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實施例所制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的焊接工藝和所焊接的鋼板及腐蝕性能測試與實施例1相同。對本實施例所制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的焊縫金屬進行顯微組織分析、力學性能及腐蝕性能測試。測試`結(jié)果如下:焊縫金屬組織以低碳貝氏體為主，還有少量針狀鐵素體+極少量低碳馬氏體。焊縫金屬的抗拉強度為675飛85MPa，_20°C時焊縫金屬沖擊功Akv=9(Tl06J，腐蝕試樣表面光滑，腐蝕速率為1.27^1.33mm/a。測試結(jié)果表明:采用本實施例焊絲，經(jīng)三絲埋弧焊后，其焊縫金屬力學性能和抗腐蝕性能完全滿足抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線用鋼X80的技術要求。實施例3
一種抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲。所述的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的化學組分是:c為0.04 0.05wt%, Si為0.20 0.30wt%, Mn為1.60 1.80wt%,Cr 為 4.00 5.50wt%, Cu 為 0.30 0.40wt% ； (V+Ti+B)為 0.07 0.08wt% ；S ( 0.001wt%,P ^ 0.002wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實施例所制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的焊接工藝和所焊接的鋼板及腐蝕性能測試與實施例1相同。對本實施例所制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的焊縫金屬進行顯微組織分析、力學性能和腐蝕性能測試。測試結(jié)果如下:焊縫金屬組織以低碳貝氏體為主和少量針狀鐵素體+極少量低碳馬氏體。焊縫金屬的抗拉強度為72(T738MPa，_20°C時焊縫金屬沖擊功Akv=82 98J，腐蝕試樣表面光滑，腐蝕速率為1.35^1.38mm/a。測試結(jié)果表明:采用本實施例焊絲，經(jīng)三絲埋弧焊后，其焊縫金屬力學性能和抗腐蝕性能完全滿足抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線用鋼X80的技術要求。
實施例4
一種抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲。所述的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的化學組分是:c為0.05 0.06wt%, Si為0.20 0.30wt%, Mn為1.80 2.00wt%,Cr 為 3.00 4.00wt%, Cu 為 0.30 0.40wt% ； (V+Ti+B)為 0.08 0.10wt% ；S ( 0.001wt%,P ^ 0.002wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本實施例所制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的焊接工藝和所焊接的鋼板及腐蝕性能測試與實施例1相同。對本實施例所制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的焊縫金屬進行顯微組織分析、力學性能和腐蝕性能測試。測試結(jié)果如下:焊縫金屬組織以低碳貝氏體為主，還要少量針狀鐵素體+極少量低碳馬氏體。焊縫金屬的抗拉強度為73(T740MPa，_20°C時焊縫金屬沖擊功Akv=95 107J，腐蝕試樣表面光滑，腐蝕速率為1.l(Tl.15mm/a。測試結(jié)果表明:采用本實施例焊絲，經(jīng)三絲埋弧焊后，其焊縫金屬力學性能和抗腐蝕性能完全滿足抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線用鋼X80的技術要求。本具體實施方式
與現(xiàn)有技術相比具有如下積極效果:
本具體實施方式
采用的超低碳(C)含量，一方面使焊縫金屬形成超低碳貝氏體或超低碳馬氏體，在保證焊縫金屬強度的同時，使其具有較好的抗裂性能和沖擊韌性，另一方面避免生成大量的鉻的碳化物，提高了耐腐蝕性能。本具體實施方式
采用中等鉻(Cr)元素含量，在CO2腐蝕介質(zhì)中，鉻(Cr)元素能使腐蝕產(chǎn)物膜更加致密，阻礙腐蝕進一步發(fā)展，保證焊縫金屬及熱影響區(qū)熔合線，在服役過程中，具有與母材相當?shù)目苟趸几g性；另一方面通過固溶強化提高焊縫金屬的強度，以彌補由于超低碳含量而降低的強度。本具體實施方式
采用中等含量的錳(Mn)元素，在焊縫中有利于脫氧和脫硫，防止引起熱裂紋；另外，錳元素是硬化元素，可彌補由于碳含量減少而引起強度降低的不足；此夕卜，一定含量的錳元素能使針狀鐵素體的轉(zhuǎn)變起始溫度降低，轉(zhuǎn)變溫度范圍擴大，在焊縫金屬中提高針狀鐵素體的體積比。本具體實施方式
適當?shù)奶砑鱼~(Cu)元素，能使形成的腐蝕物膜膜更加密致，提高了耐腐蝕性能；本具體實施方式
所添加的微量元素(V+Ti+B)中的V和Ti元素先于鉻形成碳化物，一方面能提高耐腐蝕性能，另一方面，適量的Ti可形成彌散分布細小的TiN或Ti2O3質(zhì)點，這些質(zhì)點可作為焊縫凝固時針狀鐵素體的非均質(zhì)形核核心，促使形成一定數(shù)量的針狀鐵素體，提高焊縫金屬的力學性能；添加極少量的B，使之在奧氏體晶界聚焦，降低晶界能，抑制先共析鐵素體的形成。本具體實施方式
通過鋼水純凈化提高焊絲的品質(zhì)，嚴格控制S和P元素在焊絲中的含量，從而保證焊縫金屬中S、P元素控制在較低的水平。本具體實施方式
以超低的碳含量、中等的鉻含量和錳含量、少量的銅含量和微量的(V+Ti+B)含量制成的埋弧焊焊絲，焊接抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼，其焊縫金屬組織以超低碳貝氏體為主，還有少量的針狀鐵素體組織和極少量的超低碳馬氏體組織，該組織保證了焊縫 金屬具較高的強度和較好的沖擊韌性，該焊縫金屬的抗拉強度為65(T740MPa，_20°C沖擊韌性為82 110J，腐蝕速率為1.l(Tl.43mm/a，抗二氧化碳腐蝕性能優(yōu)良，實現(xiàn)了與抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼性能的匹配。
因此，本具體實施方式
制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲與SJlOl-G焊劑配合使用，所形成的焊縫金屬的力學性能和耐蝕性能能滿足對所焊抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼形成的焊接接頭強度、韌性和抗二氧化碳腐蝕性能要求，焊接接頭性能與母材相匹配，滿足對所焊接制備的油氣管道的技術要求，具有良好的抗二氧化碳腐蝕性能。
權利要求
1.一種抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲，其特征在于所述高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的化學組分是:c為0.02 0.06wt%, Si為0.20 0.40wt%, Mn為1.20 2.00wt%, Cr 為 3.00 8.00wt%, Cu 為 0.20 0.40wt% ； (V+Ti+B)為 0.04 0.10wt% ；S彡0.001wt%, P彡0 .002wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲。其技術方案是所述高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲的化學組分是C為0.02～0.06wt%，Si為0.20～0.40wt%，Mn為1.20～2.00wt%，Cr為3.00～8.00wt%，Cu為0.20～0.40wt%；(V+Ti+B)為0.04～0.10wt%；S≤0.001wt%，P≤0.002wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明制備的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲與SJ101-G焊劑配合使用，形成的焊縫金屬的力學性能及耐蝕性能能滿足對所焊抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼形成的焊接接頭強度、韌性和的抗二氧化碳腐蝕性能要求；焊接接頭性能與母材相匹配，滿足對所焊接制備的油氣管道的技術要求，具有良好的抗二氧化碳腐蝕性能。
文檔編號B23K35/30GK103143856SQ20131009691
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權日2013年3月25日
發(fā)明者王紅鴻, 吳開明 申請人:武漢科技大學