[發明專利]一種X90/X100管線鋼用高強度金屬芯埋弧焊絲及其制備方法

有效

• 申請號: 201510406117.4
• 申請日: 2015-07-10
• 公開（公告）號: CN104942475B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 栗卓新;溫培銀;李國棟;張天理
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K101/10;B23K103/04;B23K9/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種高強度金屬芯埋弧焊絲，屬于焊接材料領域，尤其是用于石油天然氣輸送管道焊接的管線鋼金屬芯埋弧焊絲。

背景技術

為滿足國內石油和天然氣的需求，西氣東輸工程“一線”和“二線”已經全部完工。在已經建成的西氣東輸“一線”和“二線”工程中，大規模的使用X80及以下級別的管線鋼。

目前管線鋼的發展趨勢是在同樣的輸送量下提高輸送壓力，縮小管材直徑，減輕管材重量，降低管材成本。隨著輸送油氣管道壓力的逐漸提高，更高級別的管線鋼得到開發。X90/100管線鋼是當今世界高強度管線鋼，也是國內外開發的熱點之一，國內外的各大鋼廠已開發出了X90/100管線鋼，但市場鮮有配套的金屬芯埋弧焊接材料。

目前，國內的X90/X100管線鋼用高強度金屬芯埋弧焊絲大都是實芯焊絲，此專利填補了國內X90/X100管線鋼用高強度金屬芯埋弧焊絲的空白。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種高強度管線鋼金屬芯埋弧焊絲。具有較好的焊接工藝性能，焊縫成型美觀，高強度，高韌性，與同等強度的鋼材具有非常好的匹配效果，熔敷金屬Pcm為0.2～0.3， 先共析鐵素體轉變溫度T_sta≤850K,抗拉強度σb≥829MPa。

本發明X90/X100管線鋼用高強度金屬芯埋弧焊絲，解決了現有技術焊完X90/X100管線鋼后采取焊后熱處理等措施來降低焊接缺陷制造周期長的缺陷。焊絲與型號為AWS A5.23M F76A4-EM4-M4焊劑(顆粒度10—60目)配合使用，焊后焊縫金屬強韌性較好；研制工藝簡單，易于工業化生產。

本發明金屬芯焊絲采用常規藥芯焊絲制備技術制得。

為實現上述目的，本發明采取如下的技術方案：

一種X90/X100管線鋼用高強度金屬芯埋弧焊絲，其特征在于，焊絲或堆焊熔敷金屬中各元素的化學成分范圍(重量百分比)如下：C0.02～0.10％，Mn1.40～2.40％，Si0.20～0.60％，Cr0.00～0.40％，Mo0.20～1.0％，Ni1.60～2.80％，Ce0.01～0.06％，Zr0.003～0.01％，Ti0.005～0.01％，V≤0.04％，Al≤0.10％，Cu≤0.03％，B≤0.006％，P≤0.012％，S≤0.010％，余量為Fe和不可避免的雜質。

進一步優選，金屬芯埋弧焊絲或堆焊熔敷金屬中Ce/Zr(wt.％)的比值在3～8之間。

堆焊熔敷金屬中(Ce+Zr)/Ti(wt.％)的比值在2～8之間，Mn/Si(wt.％)的比值在4～8之間。

上述優選金屬芯埋弧焊絲的粉芯材料主要包括：錳鐵，硅鐵合金，鎳粉，鉬粉，金屬鉻，鋯硅合金，鈦鐵，二氧化鈰，鐵粉。采用低碳鋼作為金屬外皮。

上述金屬芯埋弧焊絲粉芯材料中還含有氟化鈉，優選其所占金屬芯質量百分含量2％，粉芯材料中還可以包含微量金屬鈮，用以進一步提高強度，由于在最后的堆焊熔敷金屬中幾乎測不到鈮元素，可以忽略不計。

上述：粉芯材料的粒徑優選為60～100目。如錳鐵：60～100目，硅鐵合金：60～100目，金屬鉻粉：60～100目，金屬鎳粉：60～100目，金屬鉬粉：60～100目，鋯硅合金：60～100目，氟化物：60～100目，二氧化鈰：60～100目，鈦鐵：60～100目，鐵粉：60～100目。

本發明其合金系設計原則如下：

將碳降至超低碳水平，以適應埋弧焊大熱輸入焊接，用Mn，Mo元素含量來彌補降低碳帶來的強度損失。在此基礎上加入適量微合金元素鋯、鈦、鈰，可以作為脫氧劑和脫氮劑去除熔敷金屬中的氧和氮，尤其可以形成并細化焊縫金屬夾雜物，進一步誘導針狀鐵素體的形核，提高熔敷金屬的低溫沖擊韌性。

本發明的金屬芯焊絲的成分特點如下：

C:適當降低碳含量，焊縫中過多的碳含量，會增大焊縫中的碳當量，焊縫強度增加，珠光體比例增加，焊縫韌性、抗裂性下降。所以，將焊絲中的C控制在0.02～0.10wt.％

Mn：確保熔敷金屬低碳造成的強度損失和降低氧、硫含量，降低熔敷金屬固態相變溫度，細化晶粒，提高熔敷金屬強度及低溫沖擊韌性。所以，將焊絲中的Mn控制在1.4～2.4wt.％

Si：增加電弧穩定性。作為脫氧劑阻止O和B結合，確保熔敷金屬的強度和降低氧含量，可以細化晶粒，提高焊縫韌性。含量過高則使熔敷金屬塑性和沖擊韌性降低。所以，將Si含量控制在0.2～0.6wt.％。