一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，以重量百分比計其化學(xué)成分組成為：C≤0.06%，Si?0.01～0.30%，Mn?1.5～2.0%，P≤0.006%，S≤0.004%，Mo?0.30～0.60%，Ni?0.20～1.50%，V?0.05～0.20%，REM?0.005～0.20%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明焊縫金屬采用焊絲和堿度1.8～2.2的焊劑埋弧焊接方法獲得，焊縫金屬抗拉強度≥650，斷后延伸率≥20%，-60℃沖擊功≥200J；且焊接熱裂紋敏感性小，不用預(yù)熱和焊后熱處理，可在高電流、大焊接速度下獲得高質(zhì)量焊縫，屬于X70和X80級別低溫管線鋼管的加工制造領(lǐng)域。
【專利說明】一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，特別涉及一種高韌性低溫管線的埋弧焊接接頭的焊縫金屬。
【背景技術(shù)】
[0002]X70和X80級別管線鋼已經(jīng)成為輸油氣管道建設(shè)的主要用鋼品種。高強度鋼種的使用減薄了壁厚、增加了輸送壓力，也提高了效率，經(jīng)濟效益顯著。但是管道的低溫沖擊韌性指標(biāo)直接關(guān)系到管道的安全，不同地區(qū)對管道低溫沖擊韌性要求不同，比如，我國境內(nèi)的管道對于低溫沖擊韌性的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)通常不低于-20°C ;而在俄羅斯遠(yuǎn)東、加拿大北部等嚴(yán)寒地區(qū)建設(shè)的管道則會要求_60°C的低溫沖擊韌性。
[0003]目前針對普通級別X70和X80管線鋼管制造所需的焊絲通常采用Mo-T1-B合金設(shè)計，焊接接頭的焊縫以細(xì)小的針狀鐵素體為主，該類焊縫金屬能夠確保_40°C時的沖擊韌性。而能夠滿足_60°C沖擊功要求的低溫X70和X80管線鋼管制造所需的焊絲會在常規(guī)Mo+Ti+B合金系基礎(chǔ)上，增加Ni或Mo含量，或者增加B含量，其主導(dǎo)思想是進一步細(xì)化針狀鐵素體顆粒尺寸，達到增加低溫沖擊韌性的目的。但存在以下問題:隨著合金含量的提高，焊縫中貝氏體和馬氏體的含量也會提高，抵消了一部分由于針狀鐵素體晶粒尺寸細(xì)化而帶來的韌性提高；此外，由于B元素易于偏析和對于冷速敏感性較高的特性，使得焊縫金屬的組織和性能的一致性變差，容易導(dǎo)致焊縫金屬隨焊接工藝的變化而出現(xiàn)焊縫區(qū)域組織和低溫韌性波動幅度加大，增加了制管難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，該焊縫金屬在較大焊接工藝參數(shù)范圍內(nèi)，能夠得到無缺陷的焊接接頭，且焊縫金屬的抗拉強度≥650MPa，延伸率≥20%, _60°C沖擊功≥200J, _80°C沖擊功≥100J，可用于極寒地區(qū)輸油管道的加工制造。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0006]一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，其以重量百分比計化學(xué)成分組成如下:C ≤ 0.06%, Si0.01 ~0.30%, Mnl.5 ~2.0%, P - 0.006%, S ≤ 0.004%, Mo0.30 ~0.60%,Ni0.50 ~1.50%, V0.05 ~0.20%, REM0.005 ~0.20%，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)。
[0007]優(yōu)選地，C0.03 ~0.06%, REM0.08 ~0.20%。
[0008]所述的所述焊縫金屬抗拉強度≥650MPa，斷后延伸率≥20%，-60 V沖擊功≥ 200J。
[0009]所述焊縫金屬采用堿度1.8~2.2的焊劑搭配焊絲利用埋弧焊接方法獲得。
[0010]制備所述的焊縫金屬所用的焊接熱輸入量15~80kJ/cm之間。
[0011]本發(fā)明中各元素的作用和含量限定的理由詳述如下:
[0012]C:高的C含量對鐵基材料的低溫沖擊韌性和焊接性能不利，本發(fā)明C含量控制為≤0.06%,優(yōu)選 C0.03 -0.06%O
[0013]S1:是焊縫金屬中不可或缺的脫氧元素，因此其含量應(yīng)該≥ 0.01% ;另一方面也增加了焊縫金屬的熱裂紋傾向、并對焊縫金屬的低溫沖擊韌性造成不利影響，因此控制其含量≥0.30%O因此，本發(fā)明Si含量在0.01-0.30%之間。
[0014]Mn:是焊縫金屬中的主要脫氧元素之一，同時也能提高鋼板和焊縫金屬強度最有效的元素之一，因此其含量應(yīng)該> 1.50% ;但同時超過2.0%的Mn含量會顯著降低焊縫金屬低溫沖擊韌性。因此，本發(fā)明Mn含量控制為1.5-2.0%。
[0015]Mo:是能夠同時提高焊縫金屬強度和低溫沖擊韌性的主要元素中的主要元素之一；同時能有效促進針狀鐵素體形成。因此，本發(fā)明Mo含量為0.30-0.60%。
[0016]N1:是有效提高焊縫金屬低溫韌性的主要元素之一；此外也能通過固溶強化機理來提高焊縫金屬的強度。因此，本發(fā)明Ni含量為0.5-1.5%。
[0017]V:通過V(C，N)析出來提高焊縫金屬的強度，同時對焊縫金屬的低溫韌性沒有損傷；當(dāng)其含量低于0.05%時，強化效果不明顯；當(dāng)其含量超過0.20%時，其強化作用不再明顯，同時對低溫沖擊韌性不利。因此，本發(fā)明V含量為0.05-0.20%。
[0018]REM:是本發(fā)明中的關(guān)鍵元素之一；一方面可以脫氧來降低焊縫金屬中的氧含量，從而提高焊縫金屬低溫沖擊韌性；另一方面可凈化晶界、并改善P和S在晶界的偏析，從而提高焊縫金屬抗裂性能。因此，本發(fā)明REM含量為0.005-0.20%,優(yōu)選REM0.08-0.20%。
[0019]P:本發(fā)明中作為雜質(zhì)元素，其含量控制為≥0.006%。
[0020]S:作為雜質(zhì)元素，其含量控制為≥0.004%。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少在于:
[0022]1、提供了一種高韌性低溫管線的焊接接頭焊縫金屬，為低溫管線用鋼管的制造加工提供了解決方案；
[0023]2、焊縫金屬的低溫沖擊韌性優(yōu)良且穩(wěn)定，其_60°C沖擊功≥200J, _80°C沖擊功≥100J，可用于極寒地區(qū)輸油管道的加工制造；
[0024]3、焊縫金屬抗裂性能好，不用預(yù)熱可實現(xiàn)在高電流、大焊接速度下獲得高質(zhì)量焊縫。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。
[0026]實施例1:焊接試板采用12.8mm厚低溫鋼板X70,選用C>4mm焊絲；焊接熱輸入量26kJ/cm,坡口為雙V，正反面各一道次，埋弧焊劑堿度2.6，采用雙絲埋弧焊接方法。焊后采用X射線和超聲波對焊接接頭進行探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷。
[0027]焊接接頭焊縫金屬包含C0.04%, Si0.18%, Mnl.75%, P0.005%, S ≥0.003%,Mo0.35%, Ni0.65%, V0.12%, REM0.18%。焊縫的抗拉強度為654MPa，延伸率為22%，斷面收縮率為72%。焊縫的_60°C沖擊功分別為223，242和236J，平均值為234J ;焊縫的_80°C沖擊功分別為102，124和118J，平均值為115J。
[0028]實施例2:焊接試板采用17.2mm厚低溫鋼板X80,選用C>4mm焊絲；焊接熱輸入量24kJ/cm,坡口為雙V，正反面各一道次，埋弧焊劑堿度2.3，進行三絲埋弧焊接方法。焊后采用X射線和超聲波對焊接接頭進行探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷。[0029]焊接接頭焊縫金屬的C0.03%, Si ≤0.22%, Mnl.83%, P0.004%, S ≤ 0.003%,Mo0.55%, Ni0.85%, V0.16%, REM0.08%。焊縫的抗拉強度為662MPa，延伸率為21%，斷面收縮率為75%。焊縫的_60°C沖擊功分別為218，252和224J，平均值為231J ;焊縫的_80°C沖擊功分別為112，128和124J，平均值為121J。
[0030]實施例3:焊接試板采用17.2mm厚低溫鋼板X80,選用C>4mm焊絲；焊接熱輸入量22kJ/cm,坡口為雙V，正反面各一道次，埋弧焊劑堿度1.8，進行四絲埋弧焊接方法。焊后采用X射線和超聲波對焊接接頭進行探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷。
[0031]焊接接頭焊縫金屬的C0.05%, Si0.12%, Mnl.90%, P0.005%, S≤0.003%, Mo0.45%,Nil.2%, V0.08%, REM0.12%。焊縫的抗拉強度為668MPa，延伸率為21%，斷面收縮率為73%。焊縫的_60°C沖擊功分別為231，232和239J，平均值為234J ;焊縫的_80°C沖擊功分別為162，122 和 123J，平均值為 136J。
[0032]通過上述實施例可知，采用本發(fā)明技術(shù)可得到無缺陷的低溫管線的埋弧焊接接頭，且焊縫金屬的抗拉強度≥650MPa，斷后延伸率≥20%, _60°C沖擊吸收功≥200J, -80°C沖擊吸收功≥100J，解決了極寒地區(qū)輸油管道焊接加工的埋弧制管難題。
【權(quán)利要求】
1.一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，其特征在于，以重量百分比計的化學(xué)成分組成如下:C≤0.06%, Si0.01 -0.30%，Mnl.5 -2.0%, P≤0.006%, S≤0.004%, Mo0.30 -0.60%, Ni0.50 -1.50%, V0.05 -0.20%, REM0.005 -0.20%，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，其特征在于，C0.03-0.06%o
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，其特征在于，REM0.08 -0.20%o
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，其特征在于:所述焊縫金屬抗拉強度≥650MPa，斷后延伸率≥20%, _60°C沖擊功≥200J。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，其特征在于:所述焊縫金屬采用堿度1.8-2.2的焊劑搭配焊絲利用埋弧焊接方法獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的一種高韌性低溫管線焊接接頭的焊縫金屬，其特征在于:制備所述的焊縫金屬所用的焊接熱輸入量15-80kJ/cm之間。
【文檔編號】B23K35/24GK103447712SQ201310407361
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】張盤 申請人:張盤