[发明专利]一种适用于X70MS/X65MS钢级的耐H2S腐蚀管线钢焊接用焊丝

说明书

技术领域：

本发明针对于含H₂S腐蚀介质的天然气输送管线发展需要，开发适用于X70MS/X65MS及以下钢级耐H₂S腐蚀管线钢焊接用焊丝。采用本发明的焊丝，配合相应的焊剂与X70MS/X65MS耐蚀管线钢焊接后，可保证焊缝在冲击韧性较高、拉伸强度适中情况下，具有优良的抗H₂S腐蚀性能。

背景技术：

油气井多数含有H₂S等腐蚀介质，一些气油的H₂S含量在1.2～7.8g/m³。我国的几大油气田(如新疆、四川、长庆、中原、华北、塔里木油气田等)都含有不同程度的H₂S，如新疆塔中I号坡折带作为“西气二线”的主力气源地之一，2010年达到10亿方产能，H₂S加权含量最低12817mg/m³，最高18943mg/m³，平均13219mg/m³。为了输送这些含硫天然气，需要选用抗腐蚀管材，或添加缓蚀剂(包括电位缓释方法)，或选用双金属复合管材，或使用玻璃钢管材等。从管材方面比较，抗腐蚀高合金管材的防腐效果最好，但价格较高，而且主要依赖于进口，供货周期没有保证；非金属材料如玻璃钢管材强度低，抗挤压性能差，容易受到外部机械损害而失效。对于含少量H₂S油气输送管线，采用耐酸性低合金管线钢管以其低成本而占据优势。目前，国内外已经开发出了耐酸性X60、X65、X70MS/X65MS钢级的管线钢，但焊接材料仍然采用普通的管线钢焊丝焊剂，这些焊丝主要考虑了焊缝的强韧性问题，而没有考虑腐蚀问题。

发明内容：

本发明设计一种能够进行X70MS/X65MS耐H₂S腐蚀管线钢焊接用焊丝，与相应的焊剂匹配，在满足一定工艺性能情况下，进行耐蚀管线钢埋弧焊接后，使焊缝在满足强韧性要求的前提下，达到NACE标准要求的抗腐蚀要求，硬度≤22HRC。具体方案为：

本发明焊丝其成分重量百分比为：C≤0.06；Mn≤0.8；Si≤0.20；P≤0.010；S≤0.005；Cr≤0.30；Mo≤0.25；Al≤0.010；B≤0.007；其余为Fe。

本发明化学成分从C-Mn-Cr-Mo合金系出发，提出耐蚀性焊丝成分设计思路如下所示：

(1)C作为焊缝组织中的主要强化元素，对于焊缝拉伸性能起着重要作用，但在耐蚀钢中，碳含量太高，将会引起硬度升高，裂纹敏感性增加，并且在达到一定程度时，会改变组织构成，出现复相组织，产生晶间腐蚀，致使耐腐蚀性大大降低。因此，本焊丝采用超低碳设计，但考虑到焊接过程中C的烧损，所以将C控制在0.04～0.06；

(2)Mn的含量对焊缝金属的力学性能有很大的影响。随着Mn含量的增加，焊缝金属的屈服强度和拉伸强度呈线性增加，另外，Mn还可以显著降低脆性转变温度，并提高焊缝的冲击韧性。但并不是Mn含量越高越好，因为随着Mn含量的增加，MnS也相应增多，产生带状偏析，将导致H原子易于在此聚集，最终萌生裂纹并扩展直至断裂，使焊缝中抗SSCC的能力降低。鉴于此，本发明采用低锰方案，将Mn含量控制在0.5～0.8；

(3)Si对焊缝组织和性能有重要影响，在焊缝金属中主要起强化作用和脱氧作用。硅对低强度焊缝金属有轻微的强化作用。随着硅含量逐渐增加，对于冲击韧性及抗H₂S腐蚀有显著的改善作用。但当Mn、Si同时存在时，随着Mn-Si含量的增加，Si元素易于偏析边缘，会助长晶间裂纹的形成，并且将会致使焊缝及热影响区硬度过高，影响焊缝的抗H₂S腐蚀性能，因此Si含量在0.15～0.20；

(5)Cr可以减轻焊缝金属在H₂S环境中的腐蚀速率，本焊丝添加了一定量的Cr提高焊接后焊缝的耐蚀性，但Cr含量过高会产生碳化物，增加硬度，降低耐蚀性。将Cr含量设计为0.25～0.30；

(6)Mo作为一种铁素体稳定元素，在焊缝中可以促进AF形核，而对焊缝冲击韧性具有良好的改善作用，但另一方面Mo对焊缝强度影响又有很大，随着含量的增加焊缝强度呈直线上升，而为了避免强度过高而造成应力腐蚀敏感性增加，对焊丝中Mo含量限制在0.10～0.25；