S腐蝕超低錳管線鋼埋弧焊接用焊絲的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用于耐H2S腐蝕超低錳管線鋼埋弧焊接用焊絲，該焊絲由下述重量百分比組成：C：0.03％～0.07％；Mn：0.5％～1.2％；Si：0.2％～0.4％；P≤0.005％；S≤0.003％；Mo：0.3％～0.8％；Ni：1.0％～3.0％；Cr：≤0.35％；Ti：0.06％～0.15％；B：0.006％～0.012％；Y+Ce≤0.1％；其余為Fe。本發明焊絲主要針對錳含量為0.20％～0.50wt％的X65MS/X70MS超低錳抗酸管線鋼埋弧焊接而開發，發明焊絲在超低碳的基礎上，也采用低錳焊絲，并盡最大可能控制P、S雜質含量，合理添加Ni、Mo等合金，即確保焊接接頭滿足X65MS/X70MS抗酸管力學性能，又具有十分優異的抗H2S腐蝕性能。
【專利說明】一種適用于耐H2s腐蝕超低錳管線鋼埋弧焊接用焊絲
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于材料領域，涉及一種埋弧焊接用焊絲，尤其是一種適用于耐H2s腐蝕超 低錳管線鋼埋弧焊接用焊絲。
【背景技術】：
[0002] 硫化氫是石油天然氣開采中最主要的腐蝕介質，而腐蝕是石油管材最主要的失效 形式之一，我國每年因腐蝕造成的管材損失約600萬噸。目前世界油氣田中大約1/3含有 H2S氣體，我國的幾大油氣田（如四川、長慶、中原、華北、塔里木油氣田等）都不同程度含有 H2S。H2S應力腐蝕不僅造成因裂紋而引起的油、氣的泄漏，而且給周圍環境造成一定影響， 引發安全事故，常造成巨大經濟損失和社會影響。
[0003] 耐酸管線鋼國外市場主要集中在中東、東南亞和非洲等地，隨著深井和海底油氣 資源勘探增加，海底管道用耐酸管線鋼的需求將進一步增加，如南美洲巴西等地。由于嚴格 的服役條件和風險，世界范圍內能夠大規模生產耐酸管線鋼的鋼廠僅限于少數鋼鐵企業。 采用專利技術（專利號：CA2289084)軋制的0. 20%?0. 50wt%超低錳耐酸管線鋼，通過大 幅度降低Mn含量提高了管材抵抗H2S腐蝕的敏感性，然而大量普通焊絲施焊后焊縫的韌性 都非常低且沒有考慮焊接接頭腐蝕問題，所以針對0. 20%?0. 50wt%超低錳X65MS/X70MS 耐酸管線鋼埋弧焊接工藝，開發出本焊絲。
【發明內容】
：
[0004] 本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種適用于耐H2S腐蝕超低錳 管線鋼埋弧焊接用焊絲
[0005] 本發明針對于含H2S腐蝕介質的天然氣輸送管線發展需要，針對具有優異抗酸性 能的0. 20 %?0. 50wt%超低錳管線鋼，開發出了適用于錳含量為0. 20 %?0. 50wt%超 低錳X65MS/X70MS及以下抗酸管線鋼埋弧焊接用焊絲。采用本發明的焊絲，配合相應的 焊劑與0. 20%?0. 50wt%超低錳X65MS/X70MS抗酸管線鋼焊接后，可保證焊接接頭硬度 < 248HV1(I，焊縫沖擊韌性較高，焊縫拉伸強度適中，且焊接接頭具有十分優異的抗H2S腐蝕 性能。
[0006] 本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：
[0007] -種適用于耐H2S腐蝕超低錳管線鋼埋弧焊接用焊絲，該焊絲由下述重量百分比 組成：C:0? 03%?0? 07%;Mn:0? 5%?1. 2%;Si:0? 2%?0? 4%;P彡 0? 005%;S彡 0? 003%; Mo:0? 3%?0? 8%;Ni:1. 0%?3. 0%;Cr:彡 0? 35%;Ti:0? 06%?0? 15%;B:0? 006%? 0? 012% ;Y+Ce彡 0? 1% ;其余為Fe。
[0008] 按照重量百分比，Mn:0? 5%?1. 2%。
[0009] 所述焊絲與BG-SJ101G焊劑共同用于耐H2S腐蝕超低錳管線鋼埋弧焊接。
[0010] 所述耐H2S腐蝕超低錳管線鋼是X65MS/X70MS。
[0011] 所述焊接接頭硬度彡248HV1(I，焊縫-KTC夏比沖擊韌性彡100J，焊縫拉伸強度適 中，具焊接接頭具有十分優異的抗H2s腐蝕性能。
[0012] 本發明化學成分從C-Mn-Ni-Mo合金系出發，提出抗酸性焊絲成分設計思路如下 所示：
[0013] (1)C作為焊縫組織中的主要強化元素，對于焊縫拉伸性能起著重要作用，但在抗 酸焊絲中，碳含量太高，將會引起硬度升高，裂紋敏感性增加，容易引起碳化物偏析，造成偏 析區的硬度與周圍組織的差異，導致HIC腐蝕。因此，本焊絲采用超低碳設計，但考慮到焊 接過程中C的燒損，所以將C控制在0.03 %?0.07 % ;
[0014] (2)Mn能提高焊縫金屬的強度和低溫沖擊韌性，但Mn和S結合易于形成MnS，產生 帶狀偏析，易于表現出高硬度，導致H原子易于在此聚集，增加焊后組織開裂傾向，易萌生 裂紋并擴展直至斷裂，使焊縫中抗SSCC的能力降低。這也是超低錳耐酸管線鋼設計時候采 用0. 20%?0. 50wt%超低錳來降低管線鋼服役開裂風險的可能性和幾率。所以，本焊絲 也采用低錳方案，但是如果采用同樣錳含量的低錳焊絲焊接低錳管線鋼，隨著Mn含量的減 少，焊縫中先共析鐵素體的數量會大幅度增加，針狀鐵素體的數量會顯著減少而且也變得 更粗大，導致焊縫夏比沖擊韌性低而不符合相關標準要求。綜合考慮，需要從焊絲中適當向 焊縫中過渡適量的錳元素，確保焊縫韌性，本焊絲將Mn含量控制在0. 5%?1. 2%之間；
[0015] (3)Si在焊縫金屬中主要起強化和脫氧作用，對于沖擊韌性及抗H2S腐蝕有顯著 的改善作用。當熔敷金屬中Si<0.1%不能充分脫氧，焊縫中易于形成氣孔等缺陷。但當 Mn、Si同時存在時，隨著Mn-Si含量的增加，Si元素易于偏析于晶粒邊緣，會助長晶間裂紋 的形成，并且將會致使焊縫及熱影響區硬度過高，影響焊縫的抗H2S腐蝕性能，且P在晶界 上的偏析濃度與Si含量有關，Si和P在晶界上形成Si-P復合物，促使晶界脆化，因此將焊 絲中Si含量控制在0. 20%?0. 40%之間；
[0016] (4)P作為雜質元素，即使含量很低，也能在MnS、氧化物夾雜以及晶界上形核擴 展，磷的偏析易于造成磷化鐵帶狀組織，促進HIC的形成。所以抗酸焊絲要求對P元素控制 的越低越好，因此將焊絲中P含量控制在〇. 005%以下；
[0017] (5)S作為雜質兀素，易于形成MnS的帶狀分布和FeS非金屬夾雜物，使局部顯微組 織疏松，會誘發點蝕和應力腐蝕開裂，促使析氫腐蝕加劇，增加了濕硫化氫環境下焊縫的 HIC和S0HIC的敏感性。所以抗酸焊絲要求對S元素控制的越低越好，因此將焊絲中S含量 控制在0. 003%以下；
[0018] (6)Ni能提高強度，又能保持良好的塑性和韌性。Ni與Fe化學性質相同，原子半 徑接近，對基體點陣造成的畸變最小，對韌性的危害也最小，能細化a相的晶粒來提高熔敷 金屬韌性，細化組織促使針狀鐵素體的形成，主要是彌補和提高焊縫強度，提高對疲勞的斥 力和低溫脆性轉變溫度。另外，Ni加入焊縫中不僅耐酸，而且耐堿，對大氣及鹽都有抗蝕能 力。本發明的抗酸焊絲中Ni的含量應控制在1. 0?3. 0%之間；
[0019] (7)Mo作為一種鐵素體穩定元素，在焊縫中促進AF形核，且對焊縫沖擊韌性的改 善是有益的，但另一方面Mo對焊縫強度影響又有很大，隨著含量的增加焊縫強度呈直線 上升，而為了避免強度過高而造成應力腐蝕敏感性增加，對焊絲中Mo含量限制在0. 30? 0. 80%之間；
[0020] (8)Cr可以減輕焊縫金屬在H2S環境中的腐蝕速率，也能彌補焊縫強度，但Cr含量 過高會產生碳化物，增加硬度，降低耐蝕性，將Cr含量控制在0. 35 %以下；
[0021] (9)Ti的韌化效果最好。Ti與奧氏體中的N反應生成TiN顆粒，TiN具有很低的 溶解度，在焊縫中形成很細的彌散物，可以有效的阻止晶粒長大，同時成為針狀鐵素體的形 核核心，提高焊縫的韌性，將其控制在〇. 06%?0. 15%之間；
[0022] (10)B原子半徑很小，可在晶界形成偏析，控制奧氏體遷移，可減少先共析鐵素體 和側板條鐵素體量，增加針狀鐵素體量和細化焊縫組織，從而控制針狀鐵素體與貝氏體的 組成相比例，提高韌性，但對冷速敏感性較高，使焊縫金屬的組織和性能一致性變差，本發 明的抗酸焊絲將其控制在〇. 006%?0. 012%之間；
[0023] (11)稀土Y、Ce具有捕氫性，能凈化焊縫晶界、細化晶粒及改善夾雜物形狀，微量 的稀土加入焊縫中可生成球狀稀土硫化物或硫氧化物，取代長條狀硫化錳夾雜，可使棱角 狀高硬度的氧化鋁夾雜轉為球狀硫氧化物及鋁酸稀土，有利于提高焊縫的韌性及疲勞性 能，使焊接接頭的氫致延遲斷裂性能得以改善，但是稀土添加稍高將會導致焊縫韌性的惡 化，本發明的抗酸焊絲嚴格控制稀土添加量，將稀土Y、Ce總和控制在0. 1 %以內。
[0024] 采用上述焊絲成分設計，配合相應的耐蝕焊劑進行超低錳X65MS/X70MS及以下管 線鋼焊接后，確保了焊縫既具有較好的沖擊韌性、拉伸強度及硬度，同時又具有非常優異的 抗HIC及SSCC性能。
[0025] 結合抗酸管線鋼制管埋弧焊接工藝生產，本發明的有益效果在于：
[0026] 1、本發明焊絲與相應的焊劑進行超低錳X65MS/X70MS抗酸管線鋼內外雙面埋 弧焊接后，焊縫強度Rm = 570MPa?620MPa，-KTC下沖擊韌性Akv彡100J，內外焊縫硬度 ^ 248HV10 ；
[0027] 2、本發明焊絲與相應的焊劑進行超低錳X65MS/X70MS抗酸管線鋼內外雙面埋弧 焊接后，按照TM0284-2003標準對焊縫進行HIC檢測，CSR、CLR、CTR全部為0;按照NACE 0177-2005標準進行SSCC檢測，在100%SMYS?110%SMYS應力試樣無任何開裂或裂紋產 生；
[0028] 3、本焊絲匹配相應焊劑施焊，熔敷金屬大幅度降低MnS鏈狀夾雜物和中心線偏 析，降低耐酸管線鋼服役開裂風險的可能性和幾率，適應于強度級別為X65MS/X70MS超低 錳的抗酸管線鋼內外雙面埋弧焊接，且可以允許更寬的焊接工藝參數波動范圍。
【具體實施方式】：
[0029] 下面本發明做進一步詳細描述：
[0030] -種適用于超低錳耐H2S腐蝕管線鋼埋弧焊接用焊絲，該焊絲由下述重量百分比 組成：C:0? 03%?0? 07%;Mn:0? 5%?1. 2%;Si:0? 2%?0? 4%;P彡 0? 005%;S彡 0? 003%; Mo:0? 3%?0? 8%;Ni:1. 0%?3. 0%;Cr:彡 0? 35%;Ti:0? 06%?0? 15%;B:0? 006%? 0? 012% ;Y+Ce彡 0? 1%;其余為Fe。
[0031] 按照重量百分比，Mn:0? 5%?1. 2%。
[0032] 所述焊絲與BG-SJ101G焊劑共同用于耐H2S腐蝕超低錳管線鋼埋弧焊接。
[0033] 所述耐H2S腐蝕超低錳管線鋼是X65MS/X70MS。
[0034] 所述焊接接頭硬度彡248HV1(I，焊縫-10°C夏比沖擊韌性彡100J，焊縫拉伸強度適 中，具焊接接頭具有十分優異的抗H2s腐蝕性能。
[0035] 采用本發明實施例的抗酸埋弧焊絲，通過與高純凈度的BG-SJ101G焊劑配合施焊 得到具有優良綜合力學性能的熔敷金屬。本發明按設定的焊絲成份，根據鋼廠提供的6. 5mm熱軋盤條，最后經過拉絲制成4.Omm和3. 2mm埋弧焊絲，焊絲化學成分如表1。
[0036] 表1焊絲化學成分wt%
[0037]
【權利要求】
1. 一種適用于耐H2s腐蝕超低錳管線鋼埋弧焊接用焊絲，其特征在于：該焊絲由下述 重量百分比組成：C :0? 03%?0? 07%;Mn :0? 5%?1. 2%;Si :0? 2%?0? 4%;P 彡 0? 005%; S 彡 0? 003% ;Mo :0? 3%?0? 8% ;Ni :1. 0%?3. 0% ;Cr :彡 0? 35% ;Ti :0? 06%?0? 15% ; B :0? 006%?0? 012% ;Y+Ce 彡 0? 1% ;其余為 Fe。
2. 如權利要求1所述適用于耐H2S腐蝕超低錳管線鋼埋弧焊接用焊絲，其特征在于：按 照重量百分比，Mn :0? 5%?1. 2%。
3. 如權利要求1所述焊絲的用途，其特征在于：所述焊絲與BG-SJ101G焊劑共同用于 耐H2S腐蝕超低錳管線鋼埋弧焊接。
4. 如權利要求3所述焊絲的用途，其特征在于：所述耐H2S腐蝕超低錳管線鋼是錳含量 為 0? 20 % ?0? 50wt % 的 X65MS/X70MS。
5. 如權利要求4所述焊絲的用途，其特征在于：所述焊接接頭硬度<248HV1(I，焊縫拉伸 強度適中，具焊接接頭具有十分優異的抗H2S腐蝕性能。
【文檔編號】B23K35/30GK104400254SQ201410685689
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】畢宗岳, 黃曉輝, 牛輝, 劉海璋, 趙紅波, 牛愛軍, 張萬鵬, 劉斌, 陳長青, 楊軍, 包志剛, 常海峰, 楊耀彬, 劉剛偉 申請人:寶雞石油鋼管有限責任公司