[发明专利]一种热煨弯管专用埋弧焊丝及焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料领域，尤其涉及一种热煨弯管专用埋弧焊丝及焊接方法。

背景技术

经济和社会的高速发展带动了石油和天然气的需求持续增长，进而带动了输油气管道建设的热潮。长输油气管道网络包括干线和支线，要通过许多地形复杂、气候条件恶劣的地区，因此，建设中需要大量的弯管，其作用是根据需要改变管道的方向。同时，还具有缓冲管线所在地域的地层迁移、地震及外界环境温度变化等因素的有害作用。

干线和支线管道通常为直管，采用埋弧焊接制管工艺；而热煨弯管普遍采用直管为母管，经过在线感应加热装置将母管加热到高温、同时进行弯曲煨制；然后通过在线喷水进行水淬，最后进行中温回火处理以调解钢管的强度和低温冲击韧性。

钢管经弯制变形、水淬和中温回火后，其原始针状铁素体组织遭到破坏，焊缝中出现了大量的上贝氏体和岛链状马奥岛组织，导致低温韧性恶化。焊缝金属已成为热煨弯管的最薄弱环节，其韧性恶化问题已成为制约热煨弯管发展的瓶颈，因此市场亟需能够确保热煨弯管焊缝金属高韧性的焊接材料。

2013年7月10日公开的专利公开号为103192198A的专利公开了一种X90/100钢级弯管用埋弧焊丝，但针对X80级别和K65(俄罗斯牌号，强度相当于X80级别，但要求-40℃冲击功)，采用上述焊丝生产的弯管常常超出到强度范围，而且低温韧性不能满足API标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热煨弯管专用埋弧焊丝及焊接方法，使用该焊丝匹配碱度1.5～1.8的烧结焊剂，在焊接速度为1.8～2.2m/min，热输入为45～76kJ/cm条件下焊制的母管，再经历中频加热、弯曲煨制、水淬和中温回火后，焊接接头的焊缝金属的抗拉强度≥650MPa，-40℃的冲击韧性≥100J，能够满足API的技术要求。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种热煨弯管专用埋弧焊丝，其特征在于，按质量百分比组成包括：C≤0.05％，Si<0.1％，Mn 1.0～1.45％，S≤0.01％，P≤0.01％，Ni 0.55～0.70％，Mo0.2～0.5％，Cu 0.15～0.35％，Ti和Zr中的一种或以上，Ti+Zr含量为0.05～0.10％，其余为Fe及杂质元素。

所述热煨弯管专用埋弧焊丝经冶炼并制成坯料，然后经线材轧制机组制成盘条；盘条经剥壳、酸洗、拉拔、镀铜制成直径为2.0～6.0mm成品焊丝。

所述热煨弯管专用焊丝匹配碱度为1.5～1.8的烧结焊剂，在焊接速度1.8～2.2m/min，热输入45～76kJ/cm条件下焊接制管，制得的母管经热煨弯制和热处理后，可制得成品热煨弯管。热煨弯管的焊缝金属抗拉强度为650～760MPa，-40℃冲击功≥100J。

C：合适的C含量是保证焊缝强度的重要因素，因此C含量不宜过低，但过高的C含量会恶化焊接性，增加冷裂倾向，所以C含量也不宜过高；恶化焊缝金属冲击韧性的上贝氏体和马奥岛组织都与局部较高的C含量有关，因此应限定其含量在0.05％以下，从而减少局部偏析和富集。

Si：一方面是焊缝金属中的脱氧元素，另一方面通过固溶强化能够有效提高焊缝金属的强度。但在本发明中，由于Si容易促进C的富集，从而有利于焊缝金属在相转变过程中上贝氏体和马奥岛的生成、从而恶化冲击韧性，因此限定其含量小于0.1％。

此外，Si含量的降低也进一步减少了采用常规含B焊丝制得的焊缝金属在热煨弯制过程中的脆性组织的生成，从而提高了焊缝金属的冲击韧性。

Mn：在焊缝中是有效的强度增加元素和脱氧元素。但过高的Mn含量会使焊缝韧性降低，并增加焊缝的裂纹敏感性，因此优选Mn含量为1.0～1.45％。

Ni：主要是利用其韧化铁素体基体原理来提高焊缝金属的冲击韧性，在1％含量以下可韧化铁素体基体；但过高的Ni含量会降低焊缝金属的流动性，对焊缝成形不利，也易造成焊缝夹渣及气孔等缺陷，尤其是本发明中的Si含量很低。综上，控制其含量为0.55～0.70％。

Mo：是有效促进焊态焊缝金属针状铁素体形成的元素之一，在提高焊缝强度的同时也提高了焊缝金属的低温冲击韧性；此外，管道的多丝埋弧制管的焊接热输入量较高，Mo的添加可有效抵抗热输入量提高带给焊缝的韧性恶化副作用，因此控制其含量为0.2～0.5％。