專利名稱：管線鋼用埋弧焊絲及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于焊接材料領域，尤其涉及一種適用于X80級管線鋼板埋弧焊接用的埋弧焊絲。
背景技術：
管線鋼由于級別和成分的差異其配套焊絲也不盡相同。目前X80級管線鋼用埋弧焊絲，其成分設計主要采用添加Ti、B、Zr等微合金化元素來細化和改善焊縫的組織以提高強韌性，但這些微合金化元素在冶煉時，易氧化，成分控制難度大，其次在焊接時形成的氧化物夾雜對焊縫性能的影響時好時壞，穩(wěn)定性差。相關的專利包括申請?zhí)枮?00810005040. X、申請?zhí)枮?00610124514. 3、申請?zhí)枮?00610145593. 6和申請?zhí)枮?00510029245. 8的中國專利。其冶煉工藝主要采用電爐或轉爐，有的后面配有LF精煉爐，對雜質元素尤其S、P、 0的控制要求程度較低。這些均不利于焊縫的性能，相關專利有申請?zhí)枮?00810005040. X、 申請?zhí)枮?00610124514. 3、申請?zhí)枮?00610145593. 6和申請?zhí)枮?00510029245. 8的中國專利。其生產盤條時主要采用高速無扭軋機軋制，有的焊絲盤條在拉拔前或拉拔過程中，進行退火熱處理，這無異增加了勞動強度和成本，如申請?zhí)枮?00510029245.8的中國專利。 隨著管線鋼材品質的不斷升級和管線工程對焊管焊縫性能要求的日異提高，尤其對焊管預期達到的高強、高韌、耐蝕、耐磨等綜合特性要求，現有焊絲的成分及制造方法已無法滿足所述要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現有焊絲的不足，提供一種特別適用于X80級管線鋼，綜合性能好、成低本、易于工業(yè)化生產的埋弧焊絲。本發(fā)明管線鋼用埋弧焊絲的成分為按重量百分比計，C :0. 04% 0.07%，Si 0. 10% 0. 40%, Mn :1. 40% 1. 90%, Ni :0. 40% 1. 50%, Mo :0. 20% 0. 50%，Cu 0. 10% 0. 30%,V 0. 03% 0. 20%,Als :0. 02% 0. 07%。S 彡 0. 003%,P 彡 0. 010%,
余量為Fe及不可避免的雜質。本發(fā)明從成分設計上，第一，通過添加適量的V元素來顯著地改善低碳鋼的焊接性且冶煉時不易氧化，控制方便，其焊接的有益性主要是凝固過程中即有的碳化物、氮化物、氧化物等形成，這些化合物的微粒作為結晶晶核從而細化焊縫金屬的鑄態(tài)組織和晶粒， 提高鋼的強度、韌性、耐磨性、同時抵制時效作用，并對抗氫也起到有益的作用；第二，以適中的C、Mn含量保持與母材匹配，通過加Ni、Mo進行固熔強化，加Cu提高耐蝕性，改善鋼液的流動性，對焊接有利；第三，對鋼中的P、S等有害元素含量控制程度高，通過冶煉手段使鋼中的S彡0. 003%，P彡0. 010%，達到鋼質潔凈。本發(fā)明管線鋼用埋弧焊絲成分各元素的說明(1)C:C是微合金焊縫金屬中最重要的合金元素，是擴大Y相區(qū)的元素。 G. M. Evans的研究結果認為C可促使形成針狀鐵素體，減少晶界多邊形鐵素體，并且細化
3再熱區(qū)晶粒，提高熔敷金屬的強度，但同時硬度增加、夏比沖擊能隨著C碳含量的增加而下降，最好的沖擊性能的含碳量為0.05% 0. 10%。綜合考慮，焊絲成分中碳含量應為
0.04% 0. 07%。(2)Mn =Mn作為微合金鋼焊縫金屬中的主要合金元素，顯著影響奧氏體擴散，Mn是奧氏體穩(wěn)定元素，使奧氏體相變移向較低的溫度。Mn—方面可作為脫氧劑，另一方面具有細化晶粒和固溶強是的作用G. M. Evans認為Mn含量(0. 6% 1. 8% )的增加會增加針狀鐵素體的含量，減少了先共析鐵素體的含量，并且細化焊態(tài)針狀鐵素體組織，還細化焊縫熱影響區(qū)粗晶區(qū)的組織Mn含量的增加，減少了焊接熱影響區(qū)等軸細晶的晶粒尺寸。Mn含量每增加0. 1%，焊態(tài)焊縫金屬屈服強度和拉伸強度大約增加10MPa。Mn含量的增加一方面增加了屈服強度，另一方面增加了針狀鐵素體的體積分數和細化了再熱區(qū)的晶粒尺寸，這兩種因素的影響使得Mn含量在一定的范圍內，過量的易產生Mn和P的化合物偏析降低韌性，并且對抗腐蝕不利。綜合考慮，焊絲成分中Mn含量應為1.40% 1.90%。(3) Si =Si的加入一般會降低焊縫韌性，但G. M. Evans認為，Si會促使針狀鐵素體的形成。綜合考慮，焊絲成分中Si含量應為0. 10% 0. 40%。(4)Ni =Ni是提高焊縫低溫沖擊韌性的有益元素，無限固溶于Y-Fe，是擴大、相區(qū)的元素，還可使CCT曲線右移，因而可促使針狀鐵素體的形成，使焊縫韌性提高。但Ni含量增加成本便隨之提高，綜合考慮，焊絲成分中Ni含量應為0. 40% 1. 50%。(5)Mo :Mo是縮小γ相區(qū)的元素，是中強碳化物形成元素，其主要作用是推遲先共析鐵素體的轉變而有利于形成貝氏體結構，并強烈抑制珠光體轉變。研究表明，Mo在0
1.之間變化時，焊縫組織主要為先共析鐵素體、側板條鐵素體和針狀鐵素體，同時增加韌性、強度和硬度，但是也促進了 M-A組元和貝氏體的形成，同時屈強比和延伸率下降。Mo 含量一般不宜超過0. 50%。綜合考慮，焊絲成分中Mo含量在0. 20% 0. 50%。(6)Cu:Cu降低、—a轉變溫度，并且Cu具有抗大氣和腐蝕的能力。能細化原奧氏體晶粒尺寸，增加硬度和拉伸強度，并增加第二相的體積分數。加入Cu可獲得強度、硬度和抗蝕性而不損害韌性。當Cu在0. 20% 0. 30%時能改善管線鋼在飽和人造海水中的抗氫蝕性能。綜合考慮，焊絲成分中Cu含量為0. 10% 0.30%。(7)V:V能顯著地改善低碳鋼的焊接性，這主要凝固過程中即有的碳化物、氮化物、氧化物等形成，這些化合物的微粒作為結晶晶核從而細化焊縫金屬的鑄態(tài)組織和晶粒， 減小熱影響區(qū)的過熱敏感性，提高鋼的強度、韌性、耐磨性、同時抵制時效作用，并對抗氫也起到有益的作用。但釩量不宜過高，不然，由于V4C3在晶內的彌散析出將導致鋼韌性的降低，綜合考慮，焊絲成分中V含量為在0. 03% 0. 20%。⑶Al 主要用于煉鋼時的脫氧定氮劑，并且細化晶粒，適當的鋁可提高鋼在低溫下的韌性。綜合考慮，焊絲成分中Al ^02^-0.07 ^(9)S、P :S易于導致焊縫的熱裂，并顯著降低沖擊韌性。同時在焊接過程中， 硫易于氧化，生成二氧化硫氣體而逸出，以致在焊接金屬中產生產生很多氣孔和疏松P 增加焊裂的敏感性，0、N含量影響鋼質的潔凈度，綜合考慮，焊絲成分中S < 0. 003%, P 彡 0. 010%。本發(fā)明管線鋼用埋弧焊絲的制造方法包括鐵水脫硫-轉爐冶煉-LF爐精煉-連鑄-線材軋制-盤條剝殼-酸洗-涂硼砂-鍍銅，制成成品焊絲，其特點是所述LF精煉所采用的渣系成分為:Ca040. 0 % 60. 0 %，Al20315. 0 % 27. 0 %，Si024. 0 % 6. 0 %，能夠使鋼中S ^ 0. 003%，提高鋼質的潔凈度；所述的連鑄采用保護澆注，在鋼包長水口及結晶器浸入式水口用氬氣保護；在線材軋制時采用緩冷工藝措施，即在所述線材軋制時吐絲溫度控制在830 850°C，輥速為4 6m/min，并采用扣罩和關閉風機的措施，以降低冷速，獲得抗拉強度彡770Mpa的Φ5 6mm盤條，適于后序的直接拉拔成Φ4mm或Φ3. 2mm的成品焊絲，并省去退火工序。本發(fā)明管線鋼用埋弧焊絲質量穩(wěn)定，匹配堿性燒結焊劑SJ101，得到的熔敷金屬強度達到彡668MPa，沖擊功AKV(-20°C)彡1MJ，適宜X80級管線鋼板的焊接。該埋弧焊絲的制造方法簡便，工序少，成本低，易于工業(yè)化生產，易于拉拔加工，成品焊絲強度適中，易于纏繞送絲。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的描述。實施例1 首先將脫硫后的鋼水送轉爐冶煉，同時去磷，出鋼溫度在1680°C左右，碳為0.06%，出鋼過程進行脫氧合金化。在LF爐精煉過程中渣系成分Ca050.0%， Al20320. 0%, Si025 . 0%，鋼水中的S為0. 002%，鋼中的釩含量通過加釩鐵來控制到目標要求，再把其它合金元素調整至鋼種成分要求，送到280X380mm2矩形坯鑄機臺上進行澆注， 之后經連軋軋成120X 120mm2規(guī)格方坯到線材軋制，采用高速無扭軋機軋制生產出Φ5. 5mm 盤條，之后將盤條剝殼、酸洗、鍍銅，制成Φ4πιπι焊絲。其中線材軋制時吐絲溫度控制在 830°C，輥速為5m/min，采用扣罩和關閉風機的措施。按上述條件所生產的焊絲的化學成分為(按重量％ ) :C0. 07%, Si 0. 15%, Mnl. 78%, NiO. 80%, MoO. 25%, CuO. 18%, V0. 06%, Als 0. 03%, SO. 002%, P0. 008%，余量為！^及不可避免的雜質，Φ5. 5mm盤條的抗拉強度為700Mpa的盤條。本發(fā)明焊絲與SJlOl-G焊劑匹配進行熔敷金屬焊接，試板為X80管線，厚度為 24mm，坡口角度30°，根部間隙為12mm。焊接規(guī)范為焊接電流475 575A，焊接電壓為 27 30V，焊接速度23. 5 沈.5m/h，焊接線能量23KJ/cm，層間溫度彡150°C。本實施例熔敷金屬的力學性能見表1。本發(fā)明焊絲與SJlOl-G焊劑匹配進行X80級管線鋼焊接，母板為鞍鋼X80級管線鋼板，其化學成分(按重量％ ) :C0. 05%, SiO. 2%,Mnl. 84%,P0. 09%, SO. 002%,NiO. 2%, AlsO. 033%。厚度為18. 4mm，坡口角度為60°的V型坡口。焊接規(guī)范為焊接電流475 575A，焊接電壓為27 30V，焊接速度23. 5 26. 5m/h,焊接線能量23KJ/cm，層間溫度 <150°C。本實施例焊縫金屬的性能見表2。實施例2 首先將脫硫后的鋼水送轉爐冶煉，同時去磷，出鋼溫度為1690°C， 碳為0.06%，出鋼過程進行脫氧合金化。其中在LF爐精煉過程中渣系成分Ca045%， Al20323. 0%, Si025 . 0%，鋼水中的S為0. 003%，鋼中的釩含量通過加釩鐵來控制到目標要求，再把其它合金元素調整至鋼種成分要求，送到280X380mm2矩形坯鑄機臺上進行澆注， 之后經連軋軋成120X 120mm2規(guī)格方坯到線材軋制，采用高速無扭軋機軋制生產出Φ5. 5mm 盤條，之后將盤條剝殼、酸洗、鍍銅，制成Φ4πιπι焊絲。其中線材軋制時吐絲溫度控制在 850°C，輥速為5m/min，采用扣罩和關閉風機的措施。按上述條件所生產焊絲的化學成分(按重量％ ) :C0. 06%, SiO. 16%, Mnl. 68%, NiO. 83%, MoO. 25%, CuO. 19%, V0. 08%, Als 0.04%，SO. 003%，P0. 010%。余量為！^及不可避免的雜質。Φ5. 5mm盤條的抗拉強度為 740Mpa。焊接工藝及母板材質與實施例1相同，本實施例焊絲熔敷金屬的力學性能見表1， 焊縫金屬的性能見表2。實施例3 首先將脫硫后的鋼水送轉爐冶煉，同時去磷，出鋼溫度為1695°C，碳為 0. 06%，出鋼過程進行脫氧合金化。在LF爐精煉過程中渣系成分CaO. 55%,A120324. 0%, Si026 . 0 %，鋼水中的S為0. 002 %，鋼中的釩含量通過加釩鐵來控制到目標要求，再把其它合金元素調整至鋼種成分要求，送到^0X380mm2矩形坯鑄機臺上進行澆注，之后經連軋軋成120 X 120mm2規(guī)格方坯到線材軋制，采用高速無扭軋機軋制生產出Φ 5. 5mm盤條， 之后將盤條剝殼、酸洗、鍍銅，制成Φ4πιπι。其中線材軋制時吐絲溫度控制在876°C，輥速為 5.9m/min，采用扣罩和關閉風機的措施。按上述條件所生產的焊絲化學成分(按重量％) CO. 06%, Si 0. 16%, Mnl. 80%, NiO. 70%, MoO. 25%, CuO. 198%, V0. 09%, Als 0. 04%, SO. 002%, P0. 009%。Φ5. 5mm 盤條的抗拉強度為 748Mpa。焊接工藝及母板材質與實施例1相同，本實施例焊絲熔敷金屬的力學性能見表1， 焊縫金屬的性能見表2;表1本發(fā)明實施例焊絲熔敷金屬的性能
權利要求
1.一種管線鋼用埋弧焊絲，其特征在于該焊絲的成分以重量百分比計為C :0. 04% 0. 07%, Si 0. 10% 0. 40%，Mn :1. 40% 1. 90%，Ni :0. 40% 1. 50%，Mo :0. 20% 0. 50%, Cu 0. 10 % 0. 30 %，V :0· 03 % 0. 20 %，Als :0· 02 % 0. 07 %，S 彡 0. 003 %， P^O. 010%，余量為！^及不可避免的雜質。
2.—種權利要求1所述管線鋼用埋弧焊絲的制造方法，包括鐵水脫硫-轉爐冶煉-LF 爐精煉-連鑄-線材軋制-盤條剝殼-酸洗-涂硼砂-鍍銅，制成成品焊絲，其特征在于所述 LF 精煉所采用的■系成分為:Ca040. 0% 60. 0%，Α120315· 0% 27. 0%，Si024. 0%~ 6.0% ；所述的連鑄采用保護澆注；在所述線材軋制時采用緩冷工藝措施。
3.根據權利要求2所述的埋弧焊絲的制造方法，其特征在于所述線材軋制時采用的緩冷工藝措施為吐絲溫度控制在830 850°C，輥速為4 6m/min，扣罩和關閉風機。
4.根據權利要求2或3所述的埋弧焊絲的制造方法，其特征在于所述盤條Φ5 6mm， 所述成品焊絲Φ 4mm或Φ 3. 2謹。
全文摘要
本發(fā)明提供一種管線鋼用埋弧焊絲及其制造方法，該焊絲的成分C0.04％～0.07％，Si0.10％～0.40％，Mn1.40％～1.90％，Ni0.40％～1.50％，Mo0.20％～0.50％，Cu0.10％～0.30％，V0.03％～0.20％，AlS0.02％～0.07％，S≤0.003％，P≤0.010％，余量為Fe及不可避免的雜質。其制造方法包括鐵水脫硫-轉爐冶煉-LF爐精煉-連鑄-線材軋制-盤條剝殼-酸洗-涂硼砂-鍍銅，所述LF精煉采用渣系成分為CaO40.0％～60.0％，Al2O315.0％～27.0％，SiO24.0％～6.0％；所述的連鑄采用保護澆注；在所述線材軋制時采用緩冷工藝措施。本發(fā)明焊絲質量穩(wěn)定，適宜X80級管線鋼板的焊接。焊絲制造方法簡便，工序少，成本低，易于工業(yè)化生產。
文檔編號C21C7/064GK102267021SQ201010201749
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權日2010年6月7日
發(fā)明者任玉輝, 常桂華, 李德剛, 王秉喜, 白喜峰, 耿繼雙, 薛軍, 郭大勇, 高航 申請人:鞍鋼股份有限公司