專利名稱：X80等級(jí)鋼油、氣輸送管埋弧焊用焊劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料焊接生產(chǎn)過程中與焊絲配套用焊劑，特別是一種采用埋弧焊生 產(chǎn)X80等級(jí)鋼油、氣輸送管用焊劑。采用該焊劑與相應(yīng)的焊絲配套既能對(duì)X80等級(jí)鋼進(jìn) 行單絲焊、多絲焊及內(nèi)、外高速焊，又能滿足焊接成管道(體)后焊縫具有與管道本體 相近的高強(qiáng)度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能。
背景技術(shù)：
管道輸送是長(zhǎng)距離運(yùn)輸石油天然氣最理想的運(yùn)輸方式，具有經(jīng)濟(jì)、安全、高效、節(jié) 能、不間斷，以及對(duì)環(huán)境破壞程度小等顯著特點(diǎn)。因而，世界各國(guó)高度重視管道輸送技 術(shù)的發(fā)展，許多國(guó)家不惜花費(fèi)大量財(cái)力和物力，大力發(fā)展管道運(yùn)輸業(yè)。管道運(yùn)輸已成為 繼公路、鐵路、水路和航空運(yùn)輸之后的第五大運(yùn)輸業(yè)。
管線建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)是向長(zhǎng)距離、高壓力、大口徑發(fā)展；此外，由于從油氣產(chǎn)地到 消費(fèi)地往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)千公里，沿途地質(zhì)條件復(fù)雜、氣候多變，對(duì)管線鋼的強(qiáng)度、韌性也提 出越來越高的要求。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，管線鋼級(jí)別由X56、 X60、 X65發(fā)展到X70、 X80。目前，國(guó)外管線建設(shè)普遍采用X70鋼級(jí)管線鋼，部分長(zhǎng)距離管線建設(shè)開始采用X80 管線鋼，但全世界累計(jì)長(zhǎng)度僅為1750km。而國(guó)內(nèi)西氣東輸二線天然氣管道干線全長(zhǎng)約 4800km，該工程干線所需的X80級(jí)①1219X18.4mm螺旋埋弧焊管和X80級(jí)01219X22、 26.4、 33mm直縫埋弧焊管生產(chǎn)所需的焊劑、如采用X70等級(jí)鋼埋弧焊用焊劑，在焊接 成管道后焊縫的性能卻難以與X80管材的性能更好地匹配。X70級(jí)管線鋼成份的最大值 為CO. 080%, Mn 1. 65%， Si 0. 35%, S 0. 005%， P 0. 020%, Mo 0. 30%, Cr 0. 25%， Nb 0. 06%， V0.06%，其余微量元素和鐵含量97. 225%， X70等級(jí)鋼性能為:屈服強(qiáng)度485-620 Mpa， 最小抗拉強(qiáng)度570Mpa，最大屈強(qiáng)比0.90，最小伸長(zhǎng)率22%， -l(TC沖擊功(J)平均值最 小180，單個(gè)最小值135，焊接接頭強(qiáng)度最小值570Mpa;而X80等級(jí)鋼成分的最大值為 C 0.080%， Mn 1.85%, Si 0.42%, S 0.005%, P 0.020%, Mo 0.35%， Cr 0.45%, Nb 0.11%, V0.04%，其余微量元素和鐵含量97. 675%， X80級(jí)管線鋼性能為屈服強(qiáng)度555-690Mpa， 抗拉強(qiáng)度625-825 Mpa，最大屈強(qiáng)比0.93，最小伸長(zhǎng)率21%， -l(TC沖擊功(J)平均值最 小180，單個(gè)最小值140，焊接接頭強(qiáng)度最小625 Mpa。
從以上參數(shù)和生產(chǎn)中的實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)得知X80等級(jí)鋼性能遠(yuǎn)優(yōu)于X70等級(jí)鋼，因 此對(duì)其焊縫各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求更高，現(xiàn)有的焊劑已不能滿足X80等級(jí)鋼焊管生產(chǎn)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研究設(shè)計(jì)一種X80等級(jí)鋼油、氣輸送管埋弧焊用焊劑，以便與相應(yīng)
的焊絲配套，達(dá)到焊接成管道后焊縫的性能與X80管材的性能更理想地匹配，使焊縫具
有與管道本體相近的高強(qiáng)度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能，并能 進(jìn)行單絲焊、多絲焊以及內(nèi)、外高速焊等目的。
本發(fā)明的解決方案是根據(jù)X80等級(jí)鋼及所采用焊絲成份配制其焊劑，本發(fā)明焊劑 主成份中各成份重量百分比含量為Si02 14-17%， MgO 20-25%， A1203 24-26%, CaF2 27-33%， CaO 3-6%， MnO 1-3%， Na2 0 2-5%， Ti021. 0-2. 0%;將各成份(均為粉料)按比 例混合均勻后、再加入物料總量20-25%的粘結(jié)劑造粒，再經(jīng)100-200'C低溫烘烤、700-740 'C高溫?zé)Y(jié)、篩分，即制得本發(fā)明焊劑制品。
所用粘結(jié)劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃。本發(fā)明焊劑中
CaF2是一種多成因的礦物質(zhì)，屬于堿性氟化物，在埋弧焊劑中是一種造渣劑、稀釋 劑并能起到去氫作用，CaF2在焊接電弧作用下電離出F，能降低電弧氣氛中氫的分壓， 具有與碳酸鹽相同的效果。CaF2的分解能降低熔敷金屬中氧的含量，有利于提高焊縫金 屬的低溫沖擊韌度，CaF2熔點(diǎn)較低，能有效降低熔渣高溫粘度，改善熔渣流動(dòng)性，并提 高導(dǎo)電性，改善焊縫成形，對(duì)改善焊接工藝，提高熔敷金屬機(jī)械性能有很大的作用，合 理的CaF2含量能起到穩(wěn)定電弧的作用，如果CaF2過高則電弧穩(wěn)定性變差，熔渣變硬，交 流可焊性變差。試驗(yàn)證明CaF2在27-33%時(shí)有較好效果。
MgO是一種強(qiáng)堿性物質(zhì)，也是一種優(yōu)良的造渣材料，它對(duì)焊縫形狀的控制非常重要。 對(duì)于堿性渣系，MgO能提高焊縫金屬?zèng)_擊韌性，降低擴(kuò)散氫。但MgO熔點(diǎn)較高，增大熔渣 粘度，提高熔渣凝固溫度，抑制渣的流動(dòng)性，當(dāng)加入量超過30%時(shí)會(huì)使焊縫成形變差，焊 道中央凸起，熔渣變硬，脫渣困難。所以在加入時(shí)控制在20-25%。
CaO是堿性氧化物，在焊劑中起造渣和提高焊劑堿度作用，它能有效提高焊劑抗大 電流能力，改善焊縫力學(xué)性能。但CaO的al值與金屬al值非常接近，它在高溫液態(tài)下 與表層金屬形成齒狀耦合，延長(zhǎng)熔渣與液稠金屬共存時(shí)間，極大的影響焊縫成形和脫渣 性。但CaO易與Si02形成CaO (Si02) n的多元絡(luò)合物，降低自由CaO濃度，提高熔渣al 值，從而有效地改善脫渣性。加入時(shí)控制在3-6%。
Al必是兩性氧化物，Al20:,具有增大熔渣表面張力的作用，是熔渣粘度的調(diào)整劑，通 過大量的試驗(yàn)對(duì)比認(rèn)為增加一定量的A1A會(huì)減少壓坑及其傾向，但過高的A1A含量會(huì)使 焊縫弧度更尖且不平滑，易產(chǎn)生氣孔和麻點(diǎn)，渣殼變硬，A1A含量過低又使焊縫表面凹 凸不平，影響成形，所以量控制在24-26%.Si02是一種酸性物質(zhì)，降低焊劑堿度，焊劑中與CaF2合理搭配，能影響焊劑的抗氣 孔能力， 一般采用高Si02與低CaF2配比，反之，低Si02采用高CaF2，這樣會(huì)使焊劑具有 優(yōu)良的抗氣孔性能，Si02參與造渣，調(diào)整渣的凝固點(diǎn)、表面張力及熔渣高溫粘度，對(duì)焊 縫成形的控制非常重要。在本次發(fā)明中，結(jié)合X80鋼的特點(diǎn)，為了得到良好的工藝和機(jī) 械性能，我們采用少量的Si02含量，因?yàn)檫^高的Si02含量會(huì)造成焊絲燒損過度，過大地 降低焊劑堿度，使焊縫回Si增加，低溫沖擊韌性下降，為此，確定Si02含量在14-17%。
MnO在焊接過程中與Si02結(jié)合成復(fù)合的硅酸鹽，形成良好的焊渣，保護(hù)熔敷金屬， 使熔敷金屬不受空氣中N和0的影響，而且被還原的錳元素是焊縫中主要合金成分，能 提高焊縫強(qiáng)度和沖擊韌性，同時(shí)，被還原的錳與焊縫中的S化合，形成MnS起到了脫S 的作用，減少焊縫產(chǎn)生熱裂紋傾向，為此，確定MnO含量在l-3y。。
Na20是低電離度氧化物，能提高電弧穩(wěn)定性，在焊劑中加入量控制在2-5%。
Ti02是酸性氧化物，能改善渣的物理性能，把長(zhǎng)渣變?yōu)槎淘?，使熔渣隨溫度的變化 快，使焊縫成型良好，所以量控制在1-2%。
此外，為了滿足焊縫的脫渣性、脫氧性、焊縫表面成形和良好的機(jī)械性能等要求， 我們選擇了Si、 Mn聯(lián)合脫氧并滲[Mn]的脫氧劑，而且錳的加入可以提高強(qiáng)度和韌性，也 是一種很好的脫硫劑。焊劑中各成份合理匹配，對(duì)焊接組織和焊縫的機(jī)械性能起到了良 好的作用。
因而，本發(fā)明與相應(yīng)的焊絲配套焊接成管道后，使焊縫具有與X80級(jí)與管道本體相近 的高強(qiáng)度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能，并能進(jìn)行單絲焊、多絲 焊及內(nèi)、外高速焊，多絲大線能量高速焊接可達(dá)100m/h，且焊縫內(nèi)部氣孔、夾渣、裂紋 以及外觀邊緣和咬邊等缺陷明顯降低并能完全滿足API SPEC 5L和西氣東輸二線天然氣 管道工程用埋弧焊管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:將Si0214kg， MgO 20kg， Am 24 kg, CaF2 33 kg， CaO 3. 0 kg, MnO 3. 0 kg， Na20 2.0 kg，Ti021.0 kg的工業(yè)純粉料置于混合器內(nèi)、攪拌混合均勻后，加入22 kg鈉 水玻璃混合造粒，再經(jīng)15(TC烘烤、72(TC高溫?zé)Y(jié)，、篩分，即得焊劑堿度為2.25的焊 劑。
該焊劑與化學(xué)成分(按重量百分比計(jì))為C 0. 085%, Mn 1. 63%, Si 0. 32%， S 0. 002%, P 0.008%， Mo 0.32%' Cu 0.12%, Ti 0.11%, Cr 0.025%， Ni 0.022°/。， Fe 97.354%，余量 為雜質(zhì)的焊絲配合；采用實(shí)測(cè)化學(xué)成分(按重量百分比計(jì))為C 0.034%， Mn 1.63%， Si 0. 24%， S 0. 002%, P 0. 01%， Cr 0. 24%, Mo 0. 001%， Cu 0. 14%， Ti 0. 014%， Nb 0. 10%，NiO. 11%, NO. 004°/。， V 0,004%, Fe 97. 465%,余量為雜質(zhì)的X80級(jí)鋼板，對(duì)01219X22mm 的管體實(shí)施四絲內(nèi)、外高速直縫埋弧焊接。焊接接頭夏比沖擊試驗(yàn)(-10'C)結(jié)果為管體 325-415J，焊縫130-160J，熱影響區(qū)205-230J,焊接接頭強(qiáng)度為710Mpa，焊縫、母材、 熱影響區(qū)顯微硬度(HVt。)檢測(cè)結(jié)果分別為222-242、 210-220、 208-220 (標(biāo)準(zhǔn)為《275 HV,。)。
實(shí)施例2:將工業(yè)純粉料Si0215kg， Mg0 20kg, A1203 26 kg， CaF2 27 kg, Ca0 6. 0 kg, MnO 2.0 kg, Na20 2 . 0 kg,Ti02 2.0 kg置于混合器內(nèi)、攪拌混合均勻后，加入24 kg鉀水玻 璃混合造粒，以下與實(shí)施例1同。焊劑堿度為1.93，采用X80級(jí)鋼板的實(shí)測(cè)化學(xué)成分(按 重量百分比計(jì))為C 0. 047%, Mnl. 75%， SiO. 20%， SO. 002%， P0. 006%, CrO. 28%, Mo0. 001%, CuO. 16%， TiO. 014%， Nb0.10%， NiO. 10%, NO. 004%， V0. 004%， Fe 97. 330%,余量為雜質(zhì)。 對(duì)①1219X26. 4mm的管體實(shí)施四絲內(nèi)、外高速直縫埋弧焊接。焊接接頭夏比沖擊試驗(yàn)(-10 °C)結(jié)果為管體405-445J，焊縫200-235J，熱影響區(qū)215-245J，焊接接頭強(qiáng)度為695Mpa， 悍縫、母材、熱影響區(qū)顯微硬度(HV,。)檢測(cè)結(jié)果分別為219-243、 210-234、 208-225 (標(biāo) 準(zhǔn)為《275 HVu))。
實(shí)施例3:將工業(yè)純粉料Si0217kg， Mg0 22kg， A1203 25kg, CaF2 28 kg, CaO 4. 0 kg, MnO 1.0 kg， Na20 2 . 0 kg,Ti021.0 kg置于混合器內(nèi)、攪拌混合均勻后，加入23 kg鉀鈉水 玻璃混合造粒，以下與實(shí)施例1同。焊劑堿度為1. 88，采用X80級(jí)鋼板的實(shí)測(cè)化學(xué)成分(按 重量百分比計(jì))為C 0.04%， Mn 1.72%, Si 0.20%, S 0.003%， P 0.006%, Cr 0.29%, Mo 0. 001%， Cu 0. 17%， Ti 0. 013%, Nb 0. 10%, NiO. 12%， N 0. 004%, V 0. 004%, Fe 97. 32%, 余量為雜質(zhì)。對(duì)①1219X33mra的管體實(shí)施四絲內(nèi)、外高速直縫埋弧焊接。焊接接頭夏比 沖擊試驗(yàn)(-10'C)結(jié)果為:管體410-425J，焊縫205-240J，熱影響區(qū)230-250J，焊接接 頭強(qiáng)度為730Mpa;焊縫、母材、熱影響區(qū)顯微硬度(HV1Q )檢測(cè)結(jié)果分別為219-245、 208-228、 210-236 (標(biāo)準(zhǔn)為《275 HVW )。
權(quán)利要求
1. 一種X80等級(jí)鋼油、氣輸送管埋弧焊用焊劑，包括主成份及粘結(jié)劑，其特征在于主成份中各成份重量百分比含量分別為SiO214-17％，MgO 20-25％，Al2O3 24-26％，CaF227-33％，CaO3-6％，MnO1-3％，Na2O2-5％，TiO21.0-2.0％；將各成份按比例混合均勻后、再加入主成份總量20-25％的粘結(jié)劑造粒，再經(jīng)100-200℃低溫烘烤、700-740℃高溫?zé)Y(jié)、篩分，即制得本發(fā)明焊劑制品。
2. 按權(quán)利要求1所述X80等級(jí)鋼油、氣輸送管埋弧焊用焊劑，其特征在于粘結(jié)劑為鈉 水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種生產(chǎn)X80等級(jí)鋼油、氣輸送管用埋弧焊焊劑，包括重量百分比含量分別為SiO₂ 14-17％，MgO 20-25％，Al₂O₃ 24-26％，CaF₂ 27-33％，CaO 3-6％，MnO 1-3％，Na₂O2-5％，TiO₂ 1.0-2.0％的主成份及粘結(jié)劑將主成份按比例混合均勻后加入粘結(jié)劑造粒，再經(jīng)低溫烘烤、高溫?zé)Y(jié)、篩分即成。焊劑中各成份合理匹配對(duì)改善焊接組織和焊縫的機(jī)械性能起到了良好作用，與相應(yīng)的焊絲配套、其焊縫具有與X80級(jí)鋼管本體相近的高強(qiáng)度、高韌性、較好的抗腐蝕性及較低的硬度等優(yōu)良性能，并能進(jìn)行單、多絲焊及內(nèi)、外高速焊，多絲大線能量焊接可達(dá)100m/h，且焊縫氣孔、夾渣、裂紋以及外觀邊緣和咬邊等均完全滿足API SPEC 5L和西氣東輸工程埋弧焊管標(biāo)準(zhǔn)要求等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K35/36GK101444877SQ20081004623
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者劉立偉, 曾志超, 朱騰輝, 李延豐, 毛興貴, 王立柱, 高俊星 申請(qǐng)人:四川大西洋焊接材料股份有限公司;華北石油鋼管廠