專利名稱：一種適用于x90/x100超高強(qiáng)度管線鋼管埋弧焊接的高韌性高焊速燒結(jié)焊劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明屬于超高強(qiáng)度管線鋼管埋弧焊接材料。是針對(duì)于當(dāng)前油氣管線發(fā)展需要，開發(fā)一種的適用于X90/X100超高強(qiáng)度管線鋼管埋弧焊接的高韌性高焊速焊劑。采用本發(fā)明焊劑，配合相應(yīng)的焊絲與國產(chǎn)X90/X100超高強(qiáng)的管線鋼焊接后，可保證較高焊速下，焊縫具有較高強(qiáng)度的同時(shí)，還具有較高的沖擊韌性，并完全達(dá)到AP1-5L-44版標(biāo)準(zhǔn)要求。
背景技術(shù)：
:油氣輸送管道作為石油、天然氣的一種經(jīng)濟(jì)、安全、不間斷的長距離輸送工具，近幾年來，隨著管道建設(shè)工程的不斷發(fā)展和提升，長距離輸氣管線的修建將成為未來油氣輸送的主要趨勢(shì)。為了使遠(yuǎn)離消費(fèi)地區(qū)的天然氣資源開發(fā)得到有效的投資及運(yùn)行，根據(jù)研究，在同一輸量下，可通過提高鋼級(jí)來進(jìn)一步提升管線輸送壓力，并確保在較小的管徑小，有效的減少管材投入費(fèi)用及施工建設(shè)費(fèi)用，為了適應(yīng)管道建設(shè)發(fā)展形勢(shì)，因此X90/X100超高強(qiáng)度管材開發(fā)應(yīng)用被提上了未來的建設(shè)議程。X90/X100超高強(qiáng)度管線鋼和制管技術(shù)國外已經(jīng)在很早以前就開始了的研究，并有部分管線已經(jīng)采用超高強(qiáng)度管線鋼進(jìn)行了工程化建設(shè)應(yīng)用。但國內(nèi)現(xiàn)階段還只是處于試驗(yàn)室的研究及少量的試驗(yàn)階段，還未進(jìn)行工程化應(yīng)用。而隨著我國鋼管制造技術(shù)日益提高，和未來高壓油氣管道工程發(fā)展，X90/X100鋼級(jí)鋼管的應(yīng)用將成為主流，所以大力開展超高強(qiáng)度焊劑的研制很有必要。為了提高X90/X100的強(qiáng)度等級(jí)，在管線鋼原材料中加入了大量的Mn、N1、Cr、CiuMo等合金元素，使碳當(dāng)量提高。為了使埋弧焊縫與母材實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)等韌匹配，采用普通的焊接材料已經(jīng)無法滿足工藝和焊縫性能要求。應(yīng)采用一種新型的焊劑，盡可能降低焊縫中的S、P、0等有害夾雜物，提高其純凈度；使熔渣中有較低的氧含量，保證焊接過程中合金成分達(dá)到有效的過渡，確保其具有較好的強(qiáng)韌性，同時(shí)調(diào)整焊劑其它組分，實(shí)現(xiàn)焊接工藝的優(yōu)化和高速焊接。而現(xiàn)階段使用的X80焊劑已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足焊縫性能及工藝要求，所以需要進(jìn)行X90/X100超高強(qiáng)度管線鋼用燒結(jié)焊劑的開發(fā)
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明是設(shè)計(jì)開發(fā)一種適用于X90/X100超高強(qiáng)度管線鋼管埋弧焊接的高韌性高焊速燒結(jié)焊劑，與相應(yīng)的焊絲及原料匹配，使焊縫在交直流雙絲高速焊接下，在滿足一定工藝性能情況下，焊縫達(dá)到與母材等強(qiáng)匹配，并具有較高的低溫度韌性。本發(fā)明焊劑成分重量百分比為:15≤ CaF2≤ 20 ;20≤MgO≤25 ; 15≤Al2O3≤20 ；10≤CaO≤15 ;1≤MnO≤5 ;25≤SiO2≤30 ;3≤RExOy ≤ 8 ；2≤還原劑≤4。所述還原劑為加入了硅鐵和Mn-Fe。所述稀土元素RExOy為加入了 Y203。焊劑的制造工藝為:將含有一定成分的原料，按照一定配比進(jìn)行干混，并攪拌均勻后，按照總混合物質(zhì)量的一定百分比加入適量的粘接劑(鉀鈉水玻璃)進(jìn)行濕混，然后用簸箕或造粒機(jī)進(jìn)行造粒，按照GB/T 12470-2003《埋弧焊用低合金鋼用焊絲和焊劑》標(biāo)準(zhǔn)要求，將焊劑粒度控制在10-60目之間，之后進(jìn)行200-250°C低溫烘干，再在800-900°C進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)后，經(jīng)過10-60目的篩選后使用具有防潮性能的包裝袋進(jìn)行包裝。本發(fā)明采用數(shù)值優(yōu)化處理方法，對(duì)于CaF2、MgO、A1203、SiO2, MnO進(jìn)行優(yōu)化組合，并添加相應(yīng)的S1-Fe或S1-Fe/Mn-Fe及稀土，在較高的堿度(1.7以上)下，對(duì)焊縫進(jìn)行脫氧及合金彌補(bǔ)，保證焊接后合金成分的有效過渡，并通過異質(zhì)化處理將熔渣中的夾雜物變成焊縫結(jié)晶過程中的有效質(zhì)點(diǎn)，而確保焊縫晶粒度得到細(xì)化，以此提高焊縫沖擊韌性。另外通過在高堿度下，加入CaO來減少焊縫中的P、S等有害物質(zhì)，確保焊縫具有穩(wěn)定的性能及較好的純凈度；適當(dāng)?shù)恼{(diào)整Mn0、Si02&Mg0、Al203含量而達(dá)到焊接過程中熔渣具有適當(dāng)?shù)恼扯?、表面張力及熔化特性，而使得?.5m/min 1.8m/min高焊速下,保證焊縫熔池高速結(jié)晶過程中熔渣與母材具有合理熔點(diǎn)，而達(dá)到焊接過程中對(duì)熔池的保護(hù)。CaF2可有效的降低堿性熔渣的黏度和表面張力，提高熔渣的潤濕能力，改善熔渣對(duì)熔滴、熔池的覆蓋性，增加熔渣的流動(dòng)性，并有利于減少液態(tài)金屬同電弧氣氛中原子氫的直接接觸，可很大程度的減少金屬的吸氫量，并降低焊縫中的氣體雜質(zhì)，提高焊縫的純凈度；MgO能提高熔渣的堿度、降低酸性渣的粘度、增加熔渣的透氣性和降低擴(kuò)散氫含量。在焊劑中提高(CaO+MgO)/SiO2的比例(不大于3)焊接時(shí)候能增加熔池的脫S能力。M g 0也是穩(wěn)定的氧化物，不易分解，具有增大熔渣表面張力的作用，可達(dá)到有效的控制焊縫工藝性能作用；CaO為高堿度燒結(jié)焊劑的主要造渣劑，對(duì)S、P的結(jié)合能力較強(qiáng)，可以排除焊縫金屬中S、P的含量。可避免焊縫晶界處開裂而降低焊縫沖擊韌性；Al2O3作為的玻璃體造渣材料，其熔點(diǎn)較高，具有提高電弧集中性的作用。在燒結(jié)焊劑中可作為熔渣粘度的調(diào)整劑，能調(diào)整熔渣的流動(dòng)性，具有增大熔渣表面張力的作用，一般的Al2O3含量增加愈多，焊縫魚鱗波紋愈細(xì)小，脫渣愈容易。針對(duì)螺旋制管焊接施焊特征，通過加入一定量的后，通過調(diào)整焊劑的熔點(diǎn)而保證焊縫在不同位置下的表面成型性；MnO, SiO2作為脫氧作用及對(duì)熔渣各種物理特性調(diào)整而存在。其中，SiO2能降低渣的堿度，并由于其能與熔渣中大部分的堿性氧化物結(jié)合形成復(fù)合物，所以隨著其含量升高，容易引起熔渣的黏度增大，但隨著它在焊劑中的含量提高，會(huì)引起堿度下降，而出現(xiàn)向焊縫熔池中過渡Si的現(xiàn)象，引起焊縫沖擊韌性下降；MnO可以降低熔渣的熔點(diǎn)，改善熔渣的流動(dòng)性，降低表面張力，有利于焊縫成形。在高堿度下其冶金反應(yīng)，還原產(chǎn)物向焊縫中過渡Mn，起到提高焊縫強(qiáng)度及韌性的作用，并可與S結(jié)合形成MnS，起到一定的脫硫作用。加入適量的Y2O3，可有效的過渡到焊縫中，易于聚集到晶界處，通過阻礙晶粒的長大而對(duì)起焊縫晶粒的細(xì)化作用，另外細(xì)小的高熔點(diǎn)Y2O3氧化物夾雜物在焊縫結(jié)晶過程中成為非自發(fā)形核質(zhì)點(diǎn)，可有效地增加焊縫中針狀鐵素體和細(xì)晶鐵素體的比例；S1-Fe或S1-Fe/Mn-Fe在熔渣中主要起脫氧及合金過渡作用。Mn、Si形成氧化物，減少焊縫中氧含量和有害物質(zhì)。同時(shí)部分Mn、Si過渡到焊縫中，可起到提高焊縫沖擊韌性及強(qiáng)度的作用；通過以上各個(gè)成分的有效調(diào)整，埋弧焊管焊接時(shí)不出現(xiàn)熔池流失、淌渣、焊道表面光滑，達(dá)到高速焊接時(shí)焊縫有良好的成型性，并有效地減少了合金燒損，去除焊縫中的有害夾雜物。本發(fā)明與相應(yīng)的高強(qiáng)度焊絲配合進(jìn)行試驗(yàn)室及X90/X100鋼管埋弧焊接后，焊縫表面光滑、過渡良好，且在低溫下韌性較高，強(qiáng)度完全達(dá)到X90/X100強(qiáng)度要求。本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明配合相應(yīng)的焊絲及X90/X100原料進(jìn)行1.7m/min以上焊速及較大參數(shù)焊接后，焊縫工藝性能良好，焊縫表面光滑，過渡良好，，力學(xué)性能優(yōu)良，焊縫強(qiáng)度達(dá)到780MPa以上，韌性值平均達(dá)到130J，實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度管線鋼管的埋弧焊縫的高強(qiáng)度、高韌性匹配。2、匹配國內(nèi)多家鋼廠原料進(jìn)行焊接后，焊縫力學(xué)性能及工藝性能穩(wěn)定、優(yōu)良且不發(fā)生突變。3、配合合金含量較高的高強(qiáng)焊絲焊接后，焊縫中合金成分過渡良好，合金元素?zé)龘p較少，且對(duì)S、P等夾雜物得到了較好的控制；4、進(jìn)行熔敷金屬性能測(cè)試后，熔敷金屬較低溫度下(-20°C、-4(TC下)沖擊韌性在40J以上，強(qiáng)度達(dá)到760MPa以上；具體實(shí)施例；實(shí)施例1:I)焊劑組分(wt% ):MgO 21.5，CaF220.1，Al20320.8，Ca06.2，稀土 5.3，Mn06.5，Si0226.5，S0.014，P0.029，加入脫氧劑 S1-Fel 2，Mn_Fe3 4 ；2)將含有一定成分的原料，按照一定配比進(jìn)行干混，并攪拌均勻后，按照總混合物質(zhì)量的一定百分比加入適量的粘接劑(鉀鈉水玻璃)進(jìn)行濕混，然后用簸箕或造粒機(jī)進(jìn)行造粒，按照GB/T 12470-2003《埋弧焊用低合金鋼用焊絲和焊劑》標(biāo)準(zhǔn)要求，將焊劑粒度控制在10-60目之間，之后進(jìn)行200-250°C低溫烘干，再在800-900°C進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)后，經(jīng)過10-60目的篩選后使用具有防潮性能的包裝袋進(jìn)行包裝。3)焊縫熔敷金屬試驗(yàn)力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種適用于X90/X100超高強(qiáng)度管線鋼管埋弧焊接的高韌性高焊速燒結(jié)焊劑，其特征在于，該焊劑重量百分比組成為:15 ( CaF2 ( 20 ；20 ( MgO彡25 ; 15彡Al2O3 ( 20 ；10彡CaO彡15 ;1彡MnO彡5 ;25彡SiO2彡30 ;3彡RExOy ^ 8 ；2彡還原劑彡4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性高焊速燒結(jié)焊劑，其特征在于:所述還原劑為加入了娃鐵及Mn-Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性高焊速燒結(jié)焊劑，其特征在于:所述RExOy稀土元素為加入了 Y2O3。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述高韌性高焊速燒結(jié)焊劑的制備方法，其特征在于:將所述原料進(jìn)行配比進(jìn)行干混，并攪拌均勻后，加入粘接劑進(jìn)行濕混，然后用簸箕或造粒機(jī)進(jìn)行造粒，按照GB/T 12470-2003標(biāo)準(zhǔn)要求，將焊劑粒度控制在10-60目之間，之后進(jìn)行200_250°C低溫烘干，再在800-900°C進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)后，經(jīng)過10-60目的篩選后獲得。
5.如權(quán)利要求4 所述制備方法，其特征在于:所述粘接劑為鉀鈉水玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于X90/X100超高強(qiáng)度管線鋼管埋弧焊接的高韌性高焊速燒結(jié)焊劑，其成分重量百分比為15≤CaF2≤20；20≤MgO≤25；15≤Al2O3≤20；10≤CaO≤15；1≤MnO≤5；25≤SiO2≤30；3≤Y2O3≤8；1≤還原劑≤4；本發(fā)明確保X90/X100超高強(qiáng)度管線鋼管埋弧焊接速度在1.5m/min～1.8m/min的高焊速下，焊縫具有良好的工藝性能，且焊縫強(qiáng)度達(dá)到780MPa以上，韌性值平均達(dá)到130J，熔敷金屬強(qiáng)度達(dá)到760MPa以上，擴(kuò)散氫含量為6.0ml/100g(水銀法)以下，屬于低氫焊材，可實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度管線鋼管的埋弧焊縫的高強(qiáng)度、高韌性匹配。
文檔編號(hào)B23K35/28GK103192196SQ20131015037
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者畢宗岳, 趙紅波, 牛輝, 劉海璋, 張錦剛, 劉斌, 牛愛軍, 黃曉輝, 張萬鵬, 陳長青, 張君, 包志剛, 楊軍 申請(qǐng)人:寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司