S腐蝕管線鋼埋弧焊接用焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種焊絲，特別涉及適用于低強(qiáng)度（360Mpa~420Mpa)耐H2S腐蝕管 線鋼埋弧焊接用焊絲，屬于焊接材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】：
[0002] H2S是石油和天然氣中最具有腐蝕作用的有害介質(zhì)之一，嚴(yán)重地影響著油氣輸送 管線的使用壽命，其中氫致開裂（HIC)和硫化物應(yīng)力開裂（SSCC)是H2S酸性腐蝕的主要形 式，制約著油氣輸送管道的安全服役。
[0003] 國(guó)外很多管道直接輸送酸性油氣，因此對(duì)耐酸管的需求量較大。我國(guó)大部分油氣 田中含有硫化氫，部分集輸管線處于酸性腐蝕環(huán)境，需要研宄開發(fā)耐酸性管材及其所需的 焊接材料。目前市場(chǎng)上耐酸管強(qiáng)度級(jí)別主要以X52MS~X60MS鋼級(jí)為主。由于管材在焊接 時(shí)，受焊接材料、焊接熱輸入和溫度梯度的影響，焊縫及其熱影響區(qū)容易形成焊接缺陷、應(yīng) 力集中以及組織不均勻等，特別是硬度波動(dòng)較大，如果焊材選擇不合理，容易造成焊縫部位 硬化，硬度大幅上升，該管材如果在酸性環(huán)境下服役，焊縫部位將優(yōu)先腐蝕開裂。根據(jù)低強(qiáng) 度（360Mpa~420Mpa)耐H2S腐蝕管線鋼用鋼的焊接需求，作為與360Mpa~420Mpa用鋼 配套的耐H2S焊接材料，不僅要具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐H2S腐蝕性能，而且要具有較好的 焊接工藝適應(yīng)性。然而大量普通焊絲施焊360Mpa~420Mpa用鋼后焊縫的韌性都非常低且 沒(méi)有考慮焊接接頭腐蝕問(wèn)題，因此需要研宄開發(fā)高性能、耐H2S腐蝕的焊絲。
[0004] 目前國(guó)內(nèi)焊接材料中，未見適應(yīng)于低強(qiáng)度（360Mpa~420Mpa)且具有十分優(yōu)異的 抗H2S腐蝕性能的管線鋼用埋弧焊絲。中國(guó)專利CN103252594發(fā)明焊絲主要適用于焊接高 強(qiáng)度X65MS、X70MS耐H2S腐蝕管線鋼，其成分設(shè)計(jì)主要依靠添加 Mn、Mo和Cr來(lái)提高焊縫 金屬?gòu)?qiáng)度，適用于高強(qiáng)度的耐酸管線鋼焊接，且焊縫抗SSCC應(yīng)力腐蝕能力有限，僅在最大 99% SMYS應(yīng)力條件下而不開裂。中國(guó)專利CN1273897屬于X70鋼級(jí)以上的焊絲，焊絲中的 Mn含量較高，Mn含量設(shè)計(jì)在1. 2%以上，屈服強(qiáng)度達(dá)到520MPa，屬于高強(qiáng)度的耐酸管線鋼用 焊絲，但是沒(méi)有HIC和SSCC試驗(yàn)數(shù)據(jù)，抗腐蝕性不得而知。中國(guó)專利CN103056555雖適用于 X52~X65鋼級(jí)耐酸管，但焊絲中Mn含量在0. 8%~1. 2%，由于Mn含量較高，焊縫易于偏 析且焊縫局部硬度易于升高，焊縫硬度有一定波動(dòng)性，導(dǎo)致焊縫抗SSCC應(yīng)力腐蝕性能不穩(wěn) 定，抗應(yīng)力腐蝕能力有限。其中，X52管線鋼加載超過(guò)自身強(qiáng)度420MPa(117% SMYS)應(yīng)力條 件時(shí)會(huì)開裂，X65管線鋼加載超過(guò)自身強(qiáng)度500MPa (111 % SMYS)應(yīng)力條件時(shí)會(huì)開裂。而本 發(fā)明涉及一種高性能管線鋼埋弧焊焊絲，更具體地說(shuō)是一種采用低Mn多元微合金設(shè)計(jì)，用 于焊接低強(qiáng)度（360Mpa~420Mpa)耐H2S腐蝕管線鋼的焊絲，焊后焊接接頭均在133% SMYS 高應(yīng)力條件下進(jìn)行SSCC試驗(yàn)而不開裂，與中國(guó)專利CN103056555相比有更高的抗酸性，所 以本發(fā)明的低強(qiáng)度（360Mpa~420Mpa)耐H2S腐蝕管線鋼的焊絲具有十分優(yōu)異的抗H2S腐 蝕性能。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種耐H2S腐蝕、具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能的埋弧焊絲，以確 ?，F(xiàn)有低強(qiáng)度（360Mpa~420Mpa)用鋼埋弧焊后，焊接接頭具有十分優(yōu)異的抗H2S腐蝕性 能。
[0006] 采用本發(fā)明的焊絲，配合相應(yīng)的焊劑與低強(qiáng)度（360Mpa~420Mpa)耐酸管線鋼焊 接后，可保證焊接接頭硬度< 235HV1(I，-KTC焊接接頭夏比吸收功都彡100J，焊縫拉伸強(qiáng)度 適中，且焊接接頭具有十分優(yōu)異的抗H2S腐蝕性能。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的：一種適用于低強(qiáng)度（360Mpa~ 420Mpa)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· 05%、Mn :0· 5 ~0· 8%、Si :0· 1 ~0· 22%、P 彡 0· 005%、S 彡 0· 004%、Cu :0· 1 ~0· 2%、 Ti :0.06 ~0· 15%、B :0.005 ~0.012% 的基礎(chǔ)上還含有 Ni :0.2 ~0.5%、Mo :0· 1 ~0.2% 中的一種或者兩種，并且滿足C% +Si% /30+Mn% /20+Cu% /20+Mo% /15+Ni% /60 彡 0· 15， 其余為Fe。
[0008] 本發(fā)明提出耐酸性焊絲成分設(shè)計(jì)思路如下所示：
[0009] (I)C是焊縫組織中的主要強(qiáng)化元素，C含量過(guò)高會(huì)影響焊縫金屬的抗裂性能和沖 擊韌性，在焊縫中也是致脆元素，容易引起焊接性變差，尤其是易于引起焊縫碳化物偏析與 周圍組織的差異，并造成偏析區(qū)的硬度升高，導(dǎo)致硫化物腐蝕破裂敏感性升高。因此，本焊 絲采用超低碳設(shè)計(jì)，將C控制在0. 03 %~0. 05% ;
[0010] (2)Mn是良好的脫氧劑和固溶強(qiáng)化元素，能提高焊縫金屬的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性， 但Mn卻極易形成組織上的偏析和夾雜，是耐酸管中的"癌癥"。Mn和S結(jié)合易于形成MnS， 產(chǎn)生帶狀偏析，易于表現(xiàn)出高硬度和夾雜，導(dǎo)致H原子易于在此聚集，增加焊后組織開裂傾 向，萌生裂紋并擴(kuò)展直至斷裂，使焊縫中抗SSCC的能力降低。Mn含量低于0. 5%則不能夠 得到必要的強(qiáng)度，本焊絲將Mn含量控制在0. 5%~0. 8%之間；
[0011] (3) Si在焊縫金屬中主要起脫氧和強(qiáng)化作用，Si < 0. 10%不能充分脫氧，Si對(duì)于 沖擊韌性及抗H2S腐蝕有顯著的改善作用，但在焊縫中易于形成氣孔等缺陷，Si元素易于偏 析于晶粒邊緣，會(huì)助長(zhǎng)晶間裂紋的形成，尤其是將會(huì)致使焊縫及熱影響區(qū)硬度過(guò)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(guān)，因此將焊絲中Si含量控制 在0. 10%~0. 28%之間；
[0012] (4) S、P作為雜質(zhì)元素含量越低越好，S易于形成MnS的帶狀分布和FeS非金屬 夾雜物，易于誘發(fā)點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕開裂，促使析氫腐蝕加劇，增加了濕硫化氫環(huán)境下焊縫的 HIC和SOHIC的敏感性。磷的偏析易于造成磷化鐵帶狀組織，即使含量很低，也能在氧化物 夾雜以及晶界上形核擴(kuò)展，促進(jìn)HIC的形成。耐酸焊絲要求對(duì)S、P元素控制的越低越好，因 此將焊絲中S含量控制在0. 004%以下，P含量控制在0. 005%以下；
[0013] (5)Cu元素可以提高焊絲用盤條的抗腐蝕能力，并且不會(huì)對(duì)焊接性能產(chǎn)生任何影 響，本發(fā)明的焊絲將Cu含量設(shè)定為0. 1~0. 2%之間；
[0014] (6)Ni能降低鋼的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，又能保持良好的塑性和韌性。Ni加入鋼中 主要是彌補(bǔ)低Mn帶來(lái)的強(qiáng)度損失，提高對(duì)焊縫疲勞的斥力和低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度。Ni不僅 耐酸，而且耐堿，且能細(xì)化組織促使針狀鐵素體的形成，但是Ni含量太高也易于導(dǎo)致焊縫 硬度升高，考慮到針對(duì)的低強(qiáng)度（360Mpa~420Mpa)管線鋼，本發(fā)明的抗酸焊絲中添加適量 Ni，Ni含量控制在0· 2~0· 5%之間；
[0015] (7)Mo加入鋼中主要是彌補(bǔ)和提高焊縫強(qiáng)度，同時(shí)Mo作為一種鐵素體穩(wěn)定元素， 在焊縫中促進(jìn)AF形核，改善焊縫沖擊韌性，但另一方面Mo對(duì)焊縫強(qiáng)度影響又很大，隨著Mo 含量的增加，焊縫強(qiáng)度和應(yīng)力腐蝕敏感性的增加直線上升，對(duì)焊絲中Mo含量限制在0. 1~ 0. 2%之間；
[0016] (8) Ti和B可以適用于大線能量的焊接，Ti的韌化效果最好。Ti與奧氏體中的N反 應(yīng)生成TiN顆粒，TiN具有很低的溶解度，在焊縫中形成很細(xì)的彌散物，可以有效的阻止晶 粒長(zhǎng)大，同時(shí)成為針狀鐵素體的形核核心，提高焊縫的韌性，將Ti控制在0. 06%~0. 15% 之間；B原子半徑很小，可在晶界形成偏析，控制奧氏體迀移，可減少先共析鐵素體和側(cè)板 條鐵素體量，增加針狀鐵素體量和細(xì)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(duì)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(fā)明的耐 酸焊絲將B控制在0. 005%~0. 012%之間；
[0017] (9)以滿足 C% +Si% /30+Mn% /20+Cu% /20+Mo% /15+Ni% /60 彡 0· 15 作為條 件，是為了防止焊縫的硫化腐蝕破裂，超過(guò)〇. 15%，則焊接接頭部位硬度易于波動(dòng)，易出現(xiàn)