專利名稱：一種x60等級管線鋼焊接用電焊條的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種焊接加工用電焊條，特別是一種用于X60級管線鋼焊接且具有良好的抗腐蝕性和較高的強度和低溫韌性的電焊條，該焊條可廣泛用于X60級管線鋼及與 X60級管線鋼成分及強度等級相當、對硫磷和低溫韌性有較高要求的其他低合金鋼的焊接。
背景技術：
管線鋼主要用于原油、成品油、天然氣及水煤漿等物質的輸送。隨著我國能源結構的調整和物流輸送方式的改變，管線鋼在我國擁有廣闊的應用前景。復雜的運營環境是油氣輸送工程的重要特征，這使得油氣管線在運營中由于腐蝕造成的危害十分嚴重；通常生產用于原油、成品油、天然氣等物質輸送管的X60等級鋼卷板的化學成分標準(wt% )為C 0. 06-0. 08、Mn :1· 35-1. 55、Si :0· 15-0. 30、P 彡 0· 020、 S 彡 0· 008、Nb :0. 035-0. 055、V :0· 035-0. 055、Ti :0· 010-0. 025、余量為 Fe 及不可避免的雜質；此類管線鋼具有較低的硫磷含量，較高的低溫韌性和良好的抗腐蝕性。因此，要求 X60管線鋼的焊接接頭具有相應的、良好的抗腐蝕性和較高的低溫韌性。然而，目前缺少與該鋼種配套的低硫、磷及高低溫韌性的焊條，在施工中一般使用普通堿性焊條J507進行焊接。J507 焊條熔敷金屬的化學成分(wt% )為=C 0. 082,Mn :1· 18,Si :0· 530,P :0· 021、S 0. 015,Mo :0. 002, Cr :0· 037,Ni :0· 014, V :0· 010,Fe :98· 014，余量為雜質；其力學性能抗拉強度550Mpa，屈服強度440MPa，伸長率30%，_20°C沖擊功(J) 140。對比上述兩者的化學成分及性能，可以看出普通堿性焊條(J507)的熔敷金屬與X60管線鋼合金體系的匹配性差，其中主要合金元素中錳(Mn)、硅(Si)的含量與X60等級鋼卷板的含量差別較大；普通堿性低氫焊條(J507)的熔敷金屬中硫、磷含量較高，尤其是硫含量，這極大地降低了焊縫的抗腐蝕性和抗裂性。同時，依據理論及大量的試驗和部分工程事故的分析，均認為采用普通堿性低氫焊條(J507)對X60管線鋼進行焊接、其熔敷金屬性能難以滿足X60管線鋼對焊接的要求、特別是對低溫韌性的要求。
發明內容
本發明的目的是針對背景技術存在的缺陷，研究設計一種X60等級管線鋼焊接用電焊條，以達到在對X60等級鋼進行焊接，其焊接熔敷金屬在不對焊縫進行焊后熱處理的情況下，確保焊縫具有較低硫、磷及碳的含量，較高的低溫韌性和良好的抗腐蝕性，以滿足石油、天然氣輸送對X60等級管線鋼管及其焊縫各項技術指標的要求等目的。本發明的解決方案是包括采用低硫、磷的碳鋼絲作為焊芯，及裹覆于焊芯表面的藥皮，關鍵在于以重量百分比計，焊芯成分為c. 0. 02-0. IOwt Mn. 0. 30-0. 55wt %, Si. 0. 015-0. 03wt Cr. 0. 01- 20wt Ni. 0. 01-0. 30wt S ^ 0. 005wt
P彡0. OlOwt Fe. 98. 675-99. 47wt%，余量為雜質；藥皮以焊芯的重量百分比計、其成分為大理石 17. 0-21. 0wt%、螢石 8. 0-10. 0wt%、長石 2. 5-3. 0wt%、石英 2. 0-2. 5wt%, 電解錳 2. 0-3. Owt %、硅鐵 1. 5-2. 5wt %、鈦鐵 2. 5-3. 2wt %、純堿 0. 3-0. 6wt %、鐵粉1. 5-2. 5wt%、鎳粉0. 2-0. 5wt%，將各成分的粉料按比例混合均勻后、加入總成分(混合料)重10-20%的粘結劑攪拌混合均勻；然后送入壓條機內按常規方法將其裹覆于焊芯上、 再經低溫及高溫烘焙，即成；焊條中藥皮的重量為焊芯重量的40-50%。上述大理石中CaCO3含量彡96%，螢石中CaF2含量彡96%，長石中Si0260_70%、 Al20315-20 %、K2O 10-20 %，石英中 SiO2 含量彡 96 %，硅鐵中 Si 42-47 %，鈦鐵中 Ti 25-35%。而所述加入總成份重10-20%的粘結劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃，其濃度為4廠 43°。所述低溫烘焙的溫度為80-120°C ；高溫烘焙的溫度為350-400°C。本發明藥皮原料中各成分的主要作用如下大理石是藥皮的主要成份，既作造氣劑，又作造渣劑；大理石分解析出氣體時， 能提供對熔滴的噴力，減少飛濺，分解出的CaO既能穩定電弧，又有良好的脫硫能力，當含量較低時，不易形成短渣，對立向下焊接不利；當含量過高時，則易產生焊接氣孔。螢石也是本發明中藥皮的主要成份，它是造渣劑，起降低熔渣的熔點及黏度的稀渣作用，使熔池反應活潑，改善脫渣性；螢石去除氫氣孔的作用非常顯著，隨著藥皮中螢石加入量的增加，焊縫中含氫量就減少；若含量太低、則稀渣能力不足，若含量過高、則焊條電弧穩定性下降。長石具有穩弧作用，但當長石用量過大時，焊條端部容易出現局部熔蝕現象，并呈圓珠狀向四周飛濺，熔渣黏度顯著下降，使焊縫成形變壞，脫渣困難。石英用以造渣、調整熔渣黏度；如配比含量太小，熔渣流動性不良，成形變差；配比含量過大，則渣成黑色玻璃狀，脫渣困難。電解錳、硅鐵和鈦鐵前二者主要是合金劑，兼有脫氧作用，后者則純粹作為脫氧劑，用以避免Mn和Si被過度氧化、以保證焊縫的機械性能；其中，過量的電解錳會增加MnO 的量，使熔渣堿度增大，導致熔渣流動性變差，焊縫成形不良，脫渣困難；而過量的硅鐵則會加劇熔池中的化學冶金反應，使爆炸性飛濺增大，熔渣流動性增加，成形變差，且還會導致焊縫金屬的硅含量增加；鈦鐵是主要脫氧劑，脫氧后的產物TiO2有一定的稀渣作用，鈦鐵還有利于改善焊條的工藝性。鐵粉在焊條藥皮的作用一般容易被忽略，但在本發明焊條中它卻起到了不小的作用，因為鐵粉能起到凈化溶池的作用，同時它又能細化晶粒，提高焊縫沖擊韌性，但不宜過多，因為過量的加入鐵粉會使其它元素稀釋。鎳粉為合金劑，過渡(滲入)到焊縫的鎳(Ni)是提高焊縫金屬低溫沖擊韌性的主要元素，它能降低焊縫金屬的脆性轉變溫度；焊縫金屬的低溫沖擊韌性是隨焊縫中含鎳量增加而提高的。但鎳屬于稀有貴重金屬，所以在保證焊縫金屬沖擊韌性達到優良的前提下，應盡量減少其加入量，以降低成本。純堿主要是利用其潤滑性，以改善焊條在油壓機上的壓涂性能；同時，它也有穩弧作用，加入量不宜過多，否則導致藥皮容易吸潮。本發明即通過上述藥皮成分的有機組配并與低硫、磷的焊芯配合從而實現了本發明的目的。因而本發明具有焊接時電弧穩定、熔渣鋪展性好、飛濺少，脫渣容易、焊縫成型光亮美觀，可全位置焊接。本發明焊條的熔敷金屬都具有良好的抗腐蝕性、低溫韌性和抗裂性能，其熔敷金屬力學性能抗拉強度(MPa)560、屈服強度(MPa)450、伸長率30%、-20°C沖擊功(J)平均值220、最小單值150 ；采用本發明焊條對X60等級管線鋼管焊接、其焊縫(熔敷金屬)各項技術指標均要求完全滿足石油、天然氣輸送對X60等級管線鋼輸送管的要求等特點。
具體實施例方式本實施方式采用專用低硫磷碳鋼絲作為焊芯，其化學成分(wt%)為C :0. 057、 Mn 0. 459、Si :0. 026、P :0. 010、S :0. 005、Cr :0. 047、Ni :0. 035、Fe :99. 359，余量為雜質。 就IOOkg焊芯所需各藥粉重量如下含CaCO3 97. 70%的大理石19. 2kg，含CaF2 96. 73%的螢石 8. 8kg，含 SiA 63. 61%, Al2O3 17. 21%, K2O 14. 37%的長石 2. 6kg，含 SiO2 97. 20% 的石英2. 2kg,電解錳2. 6kg,含Si 44. 25 %的硅鐵2. 2kg,含Ti 27. 47 %的鈦鐵3. Okg,純堿0. 4kg，鐵粉2. Ikg,鎳粉0. 3kg ；將藥粉攪拌混合均勻后，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃 4. 34kg混合均勻，然后送入壓條機內將其包裹于焊芯上，再經100°C低溫烘焙2小時、380°C 高溫烘焙1小時，即制得本實施例焊條。所得焊條經焊接X60等級鋼管的試驗結果如下試驗用X60等級鋼卷板的實際化學成分(wt% )為=C :0. 069,Mn :1. 46,Si :0. 22、 S :0. 005、P :0. 016、Nb :0. 047、V :0. 041、Ti :0. 018、其余為 Fe 及不可避免的不純物。其力學性能抗拉強度(Mpa)580、屈服強度(Mpa)455、伸長率35%、屈強比0. 78。實施例熔敷金屬化學成分(wt%) % =C :0. 075、Mn :1. 37、Si :0. 27、S :0. 004、P 0. 016, Ni :0. 235、Cr :0. 025, Fe :97. 175，余量為雜質。實施例熔敷金屬力學性能抗拉強度(MPa)560、屈服強度(MPa)450、伸長率 30%、-20°C沖擊功(J)平均值220、最小單值150。上述試驗結果，其化學成分及力學性能均完全滿足西氣東輸二線工程用X60等級管線鋼及其焊接標準的要求。
權利要求
1.一種X60等級管線鋼焊接用電焊條，包括焊芯及裹覆于焊芯表面的藥皮，其特征在于焊芯成份以重量百分比計為C :0. 02-0. IOwt %、Mn :0. 30-0. 55wt Si 0. 015-0. 03wt%, Cr. 0. 01- 20wt%, Ni. 0. 01-0. 30wt%, S 彡 0. 005wt%, P 彡 0. OlOwt%、 Fe. 98. 675-99. 47wt %，余量為雜質；藥皮以焊芯的重量百分比計、其成分為大理石 17. 0-21. Owt %、螢石 8. 0-10. Owt %、長石 2. 5-3. Owt %、石英 2. 0-2. 5wt 電解錳 2. 0-3. 0wt%、硅鐵 1. 5-2. 5wt%、鈦鐵 2. 5-3. 2wt%、純堿 0. 3-0. 6wt%、鐵粉 1. 5-2. 5wt%, 鎳粉0. 2-0. 5wt%，將各成分的粉料按比例混合均勻后、加入總成分重10-20%的粘結劑攪拌混合均勻；然后送入壓條機內按常規方法將其裹覆于焊芯上、再經低溫及高溫烘焙，即成；焊條中藥皮重量為焊芯重量的40-50%。
2.按權利要求1所述X60等級管線鋼焊接用電焊條，其特征在于所述大理石中CaCO3 含量彡 96%，螢石中 CaF2 含量彡 96%，長石中 SiO2 60-70%,Al2O3 15-20%,K2O 10-20%, 石英中SiO2含量彡96%，硅鐵中Si 42-47%，鈦鐵中Ti 25-35%，以上各成分均以重量百分比計。
3.按權利要求1所述X60等級管線鋼焊接用電焊條，其特征在于所述加入總成份重 10-20%的粘結劑為鈉水玻璃或鉀水玻璃、或鉀鈉水玻璃，其濃度為41° 43°。
4.按權利要求1所述X60等級管線鋼焊接用電焊條，其特征在于所述低溫烘焙的溫度為80-120°C ；高溫烘焙的溫度為350-400°C。
全文摘要
該發明屬于一種用于X60等級管線鋼焊接用電焊條。焊芯成分為(wt％)C.0.02-0.10、Mn.0.30-0.55、Si.0.015-0.03、Cr.0.01-.20、Ni.0.01-0.30、S≤0.005、P≤0.010、Fe.98.675-99.47，余量為雜質；藥皮以焊芯的重量計、其成分為(wt％)大理石17.0-21.0、螢石8.0-10.0、長石2.5-3.0wt、石英2.0-2.5、電解錳2.0-3.0％、硅鐵1.5-2.5％、鈦鐵2.5-3.2％、純堿0.3-0.6、鐵粉1.5-2.5、鎳粉0.2-0.5，粘結劑為粉料重量的10-20％，按常規方法混合、裹覆于焊芯上、經低高溫烘焙即成。該發明具有焊接時電弧穩定、熔渣鋪展性好、飛濺少，脫渣容易、焊縫成型光亮，抗拉強度560MPa、屈服強度450MPa、伸長率30％、-20℃沖擊功平均值220J、最小單值150J，抗腐蝕性、低溫韌性和抗裂性能好。
文檔編號B23K35/40GK102357745SQ201110310499
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月9日 優先權日2011年10月9日
發明者王高見, 蔣勇, 陳維富 申請人:四川大西洋焊接材料股份有限公司