[發明專利]厚度在15-20mm的高性能超快冷X70鋼的雙絲埋弧焊接方法

有效

• 申請號: 201710426039.3
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107081508B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 黃治軍;方要治;崔雷;王輝;鄭紹鵬;牟文廣;繆凱
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號: B23K9/18
• 分類號: B23K9/18;B23K103/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 段姣姣

技術領域

本發明申請涉及一種埋弧焊工藝，具體地說是針對高性能超快冷X70鋼，通過選配兩種不同焊絲及合適的焊接工藝進行雙絲埋弧焊，使X70鋼埋弧焊接頭性能滿足要求。

背景技術

在2014年之前，我國X70管線鋼的成分體系一般采用Mn-Mo-Mn-Cu，且Mo+Mn+Cu≥0.55%。制管時采用前后焊絲相同的雙絲埋弧焊工藝，即是在前后絲相同的情況下，在內外面或正反面各焊接一道的埋弧焊接工藝。其焊絲采用Mn-Mo成分體系，其成分為(wt%)C0.05~0.10，Si≤0.15，Mn1.40~1.60，Mo0.15~0.30，P≤0.015，S≤0.010。雙絲埋弧焊是用于厚度在15~20mm中等厚度的管線鋼的主要焊接方法。

然而，隨著世界經濟的高速發展，對石油、天然氣等能源資源的需求與日俱增，石油、天然氣長輸管道和城市管網的建設得到蓬勃發展。為提高長輸管道和城市管網的輸送效率和運行的經濟性，近年來，管道的輸送壓力和管徑不斷增加，對所采用管線鋼原材料的強韌性要求越來越高，我國管線工程焊接技術條件要求更是高于美國API標準。

目前X70鋼是國內外長輸管道主力鋼種，但是，現有的X70管線鋼中含有昂貴的Ni、Cu、Mo等元素，且鑄坯的加熱溫度較高，導致能耗高，鋼板的內應力較大，使鋼板的平直度較差，所以降低合金元素含量成為當前鋼鐵品種的發展方向。隨著鋼鐵軋制工藝的不斷改進，出于降低合金成本的考慮，近來開發了高強鋼的超快冷軋制工藝。在降低Ni, Mo, Cu等昂貴的主合金元素含量的情況下，添加Nb等微合金化元素，提高奧氏體再結晶溫度，在適于變形的溫度區間完成連續大變形和應變積累,得到硬化的奧氏體。軋后立即進行超快冷,使軋件迅速通過奧氏體相區,保持軋件奧氏體硬化狀態。在奧氏體向鐵素體相變的動態相變點終止冷卻，相變前奧氏體中析出相來不及長大和再析出，相變前碳元素擴散因超快速冷卻被抑制，析出相更為細小和彌散，實現鋼的細晶強化和韌化。

基于以上思路鋼企開發了合金元素含量較低的經濟型X70管線鋼，較貴重合金(如Ni, Mo, Cu)被減少或取代。其鋼板的力學性能為抗拉強度≥570MPa，硬度不高于240HV₁₀，-10℃KV₂平均值不低于80J，-10℃KV₂單個值不小于60J。不同鋼廠、不同時期生產的管線鋼，其合金元素有明顯的差別。由于成分發生了很大的變化，如若采用現有焊絲及同成分雙焊絲的埋弧焊接工藝，則無法滿足焊接技術要求，在試驗中發現要么焊縫強度不夠，要么使焊縫的強度偏高、硬度超標而不能滿足要求。對于焊接接頭的強度，接頭拉伸試驗斷于母材是最理想的情況；有時也允許斷于焊縫，但抗拉強度必須高于基材強度下限，并希望有充足的富裕量。

中國專利公開號為CN103357995A的文獻，公開了一種“耐熱鋼直縫焊管焊接方法”，其主要針對耐熱鋼制定了雙絲埋弧焊的工藝，側重于設備裝置。中國專利公開號為CN104384678A的文獻，公開了一種“螺旋埋弧焊的新型焊接工藝”， 主要涉及雙絲埋弧焊的工藝過程。而關于高性能超快冷X70鋼雙絲埋弧焊焊材及工藝尚未有報道。

雙絲埋弧焊為焊絲的合理匹配帶來可能。管線鋼的雙絲埋弧焊一般采用焊絲一前一后雙弧同熔池的方式，焊接熔池金屬由兩種焊絲及母材熔合共同組成。當鋼板較薄時（如低于10mm），焊縫金屬中母材占主導；當鋼板較厚時(如大于15mm)，焊接處開坡口，焊縫金屬中焊絲的貢獻增加。對于雙絲焊，通過選用不同成分體系的焊絲作為前后絲，可使焊縫成分及性能得到良好匹配。

本發明針對新開發的厚度為15~20mm的X70鋼，由于其合金元素含量下降，若前后絲均采用Mn-Mo焊絲，或采用Mn-Ni焊絲(wt%)：C0.06~0.09%，Si≤0.07，Mn1.50~1.90%，Ni0.25~0.50%，則焊縫碳當量CE處于0.37%以下，強度不理想，且與鋼中含Cr不相匹配。若采用Mn-Ni-Cr-Mo焊絲(wt%)C0.06~0.09%，Si≤0.15%，Mn1.50~1.90%，Cr0.30~0.50%，Mo 0.30~0.50%，Ni0.25~0.50%，X70鋼焊縫碳當量CE達到0.44%，則焊縫硬度偏高，韌性也受到影響。另外焊材成本也增加。