[發明專利]抗二氧化碳腐蝕的高強度級別管線鋼用埋弧焊焊絲

無效

• 申請號: 201310096917.1
• 申請日: 2013-03-25
• 公開（公告）號: CN103143856A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 王紅鴻;吳開明
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發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，使得管道設備發生早期失效。美國Little?Creek油田實施CO₂驅油試驗期間，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，我國隨著強腐蝕環境油氣井的進一步開發，井底二氧化碳等強腐蝕氣氛連續上升等綜合環境的變化，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方面有了較大的進展，用于二氧化碳驅油油田地面集輸管道用管線鋼相繼研發成功，其強度逐漸發展到650~740MPa（該強度級別相當于管線鋼X80）。但現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。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，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。

為實現上述目的，本發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≤0.001wt%，P≤0.002wt%，余量為Fe和不可避免的雜質。

由于采用了上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：

本發明采用超低碳（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。

本發明采用中等鉻（Cr）元素含量，在CO₂腐蝕介質中，鉻（Cr）元素能使腐蝕產物膜更加致密，阻礙腐蝕進一步發展，保證焊縫金屬及熱影響區熔合線，在服役過程中，具有與母材相當的抗二氧化碳腐蝕性；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變起始溫度降低，轉變溫度范圍擴大，在焊縫金屬中提高針狀鐵素體的體積比。

本發明適當的添加銅（Cu）元素，能使形成的腐蝕產物膜更加密致，提高了耐腐蝕性能；本發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質點，這些質點可作為焊縫凝固時針狀鐵素體的非均質形核核心，促使形成一定數量的針狀鐵素體，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。

本發明通過鋼水純凈化提高焊絲的品質，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。