CN104002059B - 一种埋弧焊丝及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种埋弧焊丝，按质量百分比组成包括：0.85～1.60％的Mo；2.50～4.50％的Ni；0.10～0.30％的Ti；0.005～0.02％的B；0.005～0.02％的REM；1.60～2.00％的Mn；大于零且小于等于0.06％的C；大于零且小于等于0.10％的Si；小于等于0.008％的P；小于等于0.006％的S；余量的Fe。本发明提供的埋弧焊丝，是一种针对X120钢级管线用埋弧焊丝，采用本发明提供的埋弧焊丝和焊接方法进行的焊接过程和焊后的焊接接头，具有较高的抗拉强度和较好的低温韧性，并且焊接过程具有较高的焊接速度，能够满足X120管线焊接制管需求。

Description

一种埋弧焊丝及焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种埋弧焊丝及焊接方法。
背景技术
焊接技术就是高温或高压条件下，使用焊接材料(焊条或焊丝)将两块或两块以上的母材(待焊接的工件)连接成一个整体的操作方法。随着工业技术的不断发展，焊接已从单一的加工工艺发展成为现代科技多学科互相交融的新学科，成为一种综合的工程技术，涉及到材料、焊接材料、焊丝生产过程控制及机械化自动化、焊接质量控制、焊后热处理等诸多技术领域，广泛地应用于工业生产的各个部门，在推动工业的发展和产品的技术进步以及促进国民经济的发展都发挥着重要作用。
在焊接技术的众多应用领域中，管线焊接一直是业内广泛关注的焦点之一，尤其近些年经济社会的高速发展拉动了能源需求的持续增长，并带动了输油气管线建设的快速发展。目前，X80及以下级别管线的焊接工艺和材料技术比较成熟，并成功应用于我国西气东输“二线”和在建的“三线”工程的管道建造中。
但随着能源需求的持续增长，业内迫切需要提高输送效率，而采用更多高强度级别管线如X90、X100和X120等高强度钢管，既可以通过减薄管道薄厚达到降低材料消耗的目的，又可以增大管径和输送压力，提高输油效率，节省运行费用。因此，高强度等级钢管是未来输油气管道建设的主要趋势和方向，自然相关的管线焊接也逐渐成为了研发人员关注的热点。
管线焊接主要采用埋弧焊的焊接方法，由于结构日趋大型化以及安全等级逐渐严格化，业内对X100和X120等超高等级管线在应用上的要求也日益提高，尤其是对管线焊接工艺的要求也越来越高。如，管线用埋弧焊丝的高强度、高韧性、成型优良和高焊接效率(大热输入量、高焊接速度)等，焊接后的焊缝金属的抗拉强度、低温性的抗冲击性以及管道焊接的过程等都有着严格的要求。
而现有技术中对上述X100和X120等超高等级管线的焊接材料报道不多，专利CN201110176764.2和CN201310025309.1均公开了一种X100钢级管线专用埋弧焊丝，并搭配SJ101碱性焊接，制得钢管的焊缝金属的抗拉强度在760MPa以上，焊缝金属-40℃冲击功大于150J，但是上述焊接材料可以满足X80和X100管线焊接制管需求，还不能满足X120管线焊接制管需求。
因而，如何找到一种针对X120钢级管线用埋弧焊丝以及相应的焊接方法，能够同时满足强度、低温韧性和高焊接速度方面的要求的焊接材料和方法，一直是业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种埋弧焊丝及其焊接方法，本发明提供的埋弧焊丝，是一种针对X120钢级管线用埋弧焊丝，采用本发明提供的埋弧焊丝进行的焊接过程和焊后的焊接接头，能够满足X120管线焊接制管需求。
本发明公开了一种埋弧焊丝，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85～1.60％的Mo；
2.50～4.50％的Ni；
0.10～0.30％的Ti；
0.005～0.02％的B；
0.005～0.02％的REM；
1.60～2.00％的Mn；
大于零且小于等于0.06％的C；大于零且小于等于0.10％的Si；小于等于0.008％的P；小于等于0.006％的S；余量的Fe。
优选的，还包括0.65～1.45％的Cr。
优选的，还包括0.10～0.50％的Cu。
本发明公开了一种焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将上述任意一项技术方案中所述的埋弧焊丝与MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂进行焊接后，得到焊缝金属。
优选的，所述焊接的焊接速度为1.8～2.4m/min。
优选的，所述焊接的热输入量为15～150kJ/cm。
优选的，还包括以下步骤：
在所述焊接前，先将MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂进行预热；
所述预热的温度为300～400℃，所述预热的时间为1～3小时。
本发明还公开了一种焊缝金属，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85～1.60％的Mo；
2.50～4.50％的Ni；
0.005～0.30％的Ti；
0.002～0.02％的B；
0.002～0.02％的REM；
1.60～2.00％的Mn；
大于零且小于等于0.06％的C；大于零且小于等于0.20％的Si；小于等于0.008％的P；小于等于0.006％的S；余量的Fe。
优选的，还包括0.65～1.45％的Cr。
优选的，还包括0.10～0.50％的Cu。
本发明公开了一种埋弧焊丝，其特征在于，按质量百分比组成包括：0.85～1.60％的Mo；2.50～4.50％的Ni；0.10～0.30％的Ti；0.005～0.02％的B；0.005～0.02％的REM；1.60～2.00％的Mn；大于零且小于等于0.06％的C；大于零且小于等于0.10％的Si；大于零且小于等于0.008％的P；大于零且小于等于0.006％的S；余量的Fe。与现有技术相比，本发明提供了用于超高强度管线钢X120焊接的埋弧实芯焊丝，在搭配MgO-SiO2-CaF2-Al2O3弱碱性烧结焊剂进行焊接后，可得到满足性能要求的超高强度X120焊接接头，具有较高的抗拉强度和较好的低温韧性，并且焊接过程具有较高的焊接速度。实验结果表明，采用本发明提供的埋弧焊丝进行焊接后，得到的埋弧焊接接头的焊缝金属的抗拉强度≥920MPa，-40℃冲击功≥100J，延伸率≥18％，焊接速度最高能够达到2.4m/min。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明公开了一种埋弧焊丝，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85～1.60％的Mo；
2.50～4.50％的Ni；
0.10～0.30％的Ti；
0.005～0.02％的B；
0.005～0.02％的REM；
1.60～2.00％的Mn；
大于零且小于等于0.06％的C；大于零且小于等于0.10％的Si；大于零且小于等于0.008％的P；大于零且小于等于0.006％的S；余量的Fe。
本发明所用原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的即可。
本发明对所有原料的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的纯度即可，本发明优选为分析纯。
在本发明中，所述Mo的质量百分比含量优选根据目标焊缝金属强度、以及Ni和Ti等其它合金含量综合判定而定。本发明按质量百分比组成，所述焊丝中Mo的质量百分比含量优选为0.85～1.60％，更优选为1.0～1.5％，最优选为1.1～1.3％；本发明对Mo的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的方法制备或市售的即可；本发明对Mo的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备埋弧焊丝的纯度即可。
本发明将Mo作为微量元素加入到埋弧焊丝中，能够提高焊缝金属强度和低温冲击韧性；同时添加一定量的Mo可有效降低焊缝金属在焊后的冷却过程中的相转变温度，来细化焊缝金属组织，并同时扩大针状体素体和贝氏体的形成温度区间。埋弧焊丝组织的细化，提高了焊缝金属的强度，而针状铁素体的促进则提高了低温冲击韧性。
本发明按质量百分比组成，所述焊丝中Mn的质量百分比含量优选为1.60～2.00％，更优选为1.70～1.90％，最优选为1.1～1.3％；本发明对Mn的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的方法制备或市售的即可；本发明对Mn的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备埋弧焊丝的纯度即可。
本发明将Mn作为微量元素加入到埋弧焊丝中，Mn作为焊缝金属中的主要脱氧元素之一，同时也是提高钢板和焊缝金属强度最有效的元素之一，其含量在1.60％以上，提高强度效果明显；但超过2.0％的Mn含量会显著降低焊缝金属低温冲击韧性。
在本发明中，鉴于Ni/Mn比对焊缝金属的低温冲击韧性有直接影响，因而根据目标焊缝金属的性能要求以及Mn的质量百分比含量综合判定而定。本发明按质量百分比组成，所述焊丝中Ni的质量百分比含量优选为2.5～4.5％，更优选为3.0～4.0％，最优选为3.3～4.7％；本发明对Ni的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的方法制备或市售的即可；本发明对Ni的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备埋弧焊丝的纯度即可。
本发明将Ni作为微量元素加入到埋弧焊丝中，主要作用是提高焊缝金属低温韧性，同时也利用其固溶强化作用来提高焊缝金属强度。Ni提高低温韧性的机理是通过韧化铁素体基体来实现的。Ni和Mn都是奥氏体稳定元素，都能通过一定量的添加来降低奥氏体相转变温度，从而提高强度，但两者对冲击韧性的影响并不完全相同，因而同时加入。
本发明所述Ti的质量百分比含量，优选根据焊剂以及焊接过程的影响进行添加。本发明按质量百分比组成，所述焊丝中Ti的质量百分比含量优选为0.10～0.30％，更优选为0.15～0.25％，最优选为0.18～0.22％；本发明对Ti的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的方法制备或市售的即可；本发明对Ti的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备埋弧焊丝的纯度即可。
本发明将Ti作为微量元素加入到埋弧焊丝中，其形成的氧化物的尺寸能够得到细化、且其体积含量明显增加，从而能够显著促进焊缝金属中针状铁素体的生成。
本发明按质量百分比组成，所述焊丝中B的质量百分比含量优选为0.005～0.02％，更优选为0.008～0.015％，最优选为0.01～0.013％；本发明对B的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的方法制备或市售的即可；本发明对B的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备埋弧焊丝的纯度即可。
本发明将B作为微量元素加入到埋弧焊丝中，能够有效的提高焊缝金属淬透性和强度，并利用其易于偏聚晶界的特点来促进焊缝金属中晶内组织的形，同时抑制晶界形核生成的贝氏体和马氏体类组织，从而提高焊缝金属的低温韧性。
本发明按质量百分比组成，所述焊丝中REM的质量百分比含量优选为0.005～0.2％，更优选为0.01～0.15％，最优选为0.05～0.10％；本发明所述REM为稀土元素，本发明对REM的组成没有特别限定，以本领域技术人员熟知的REM的组成即可，本发明优选为按质量百分比组成，REM中含有大于等于50％的La、含有大于等于50％的Ce、或者含有大于等于50％的La和Ce的混合物；本发明对REM的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的方法制备或市售的即可；本发明对REM的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备埋弧焊丝的纯度即可。
本发明将REM作为关键的微量元素加入到埋弧焊丝中，一方面能够脱氧来降低焊缝金属中的氧含量，从而提高焊缝金属低温冲击韧性，同时还可以改善P和S的偏析，从而提高焊缝金属抗裂性能；另一方面，利用其生成的氧化物易于分散且不易聚集长大的特点，来促进晶内针状类组织的生成，细化了焊缝金属显微组织，从而提高焊缝金属的低温韧性。
本发明按质量百分比组成，所述焊丝中C的质量百分比含量优选为小于等于0.06％，更优选为小于等于0.05％，最优选为小于等于0.03％。由于高的C含量对铁基材料的低温冲击韧性和焊接性能不利，本发明对所述C含量进行控制，降低C含量可降低焊缝金属的淬透性，从而降低马氏体转变倾向，即使生成马氏体时，较低的C含量也可降低马氏体的硬度，从而改善低温冲击韧性；此外降低C含量还能降低焊接冷裂纹敏感性，提高焊接质量，从提高焊接金属低温韧性和改善冷裂纹敏感性。
本发明按质量百分比组成，所述焊丝中Si的质量百分比含量优选为小于等于0.10％，更优选为小于等于0.07％，最优选为小于等于0.04％。由于高的Si含量一方面增加了焊缝金属的热裂纹倾向，对焊接不利；另一方面促进了焊缝金属中晶界铁素体和侧板条铁素体的生成倾向，从而损坏低温冲击韧性。
本发明按质量百分比组成，所述焊丝中还含有杂质元素P，所述焊丝中P的质量百分比含量优选控制为小于等于0.008％，更优选控制为小于等于0.005％，最优选控制为小于等于0.003％；本发明按质量百分比组成，所述焊丝中还含有杂质元素S，所述焊丝中S的质量百分比含量优选控制为小于等于0.006％，更优选控制为小于等于0.004％，最优选控制为小于等于0.002％。
在本发明中，所述埋弧焊丝中优选还包括Cr；本发明按质量百分比组成，所述焊丝中Cr的质量百分比含量优选为0.65～1.45％，更优选为0.85～1.25％，最优选为0.95～1.15％；本发明对Cr的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的方法制备或市售的即可；本发明对Cr的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备埋弧焊丝的纯度即可。
本发明将Cr作为微量元素加入到埋弧焊丝中，能够有效提高焊缝金属淬透性和强度的元素之一，当其含量低于0.65时，强化效果不明显；当其含量超过1.45％时，对焊缝金属低温冲击韧性不利。
在本发明中，所述埋弧焊丝中优选还包括Cu；本发明按质量百分比组成，所述焊丝中Cu的质量百分比含量优选为0.10～0.50％，更优选为0.20～0.40％，最优选为0.25～0.35％；本发明对Cu的来源没有特别限定，以本领域技术人员熟知的方法制备或市售的即可；本发明对Cu的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备埋弧焊丝的纯度即可。
本发明将Cu作为微量元素加入到埋弧焊丝中，一方面可通过固溶强化来提高焊缝金属强度，另一方面也可以提高焊缝金属的抗腐蚀能力。当其含量≤0.10％时，其对强度和抗腐蚀能力效果不明显；当其含量≥0.50％时，会给焊丝用钢盘条的冶炼和表面质量控制带来困难；同时，在多道焊缝中后续焊道会对前面的焊道产生回火作用，这样可以诱导Cu粒子相的析出，从而起到了在不损害焊缝金属冲击韧性的前提下，可以大幅提高焊缝金属的强度的作用。
本发明提供了一种用于超高强度管线的埋弧焊丝，可用于超高强度X120钢级管线的埋弧焊接制管。埋弧焊丝高Mo、高Ti、高B和REM的合金设计，确保了焊接后的焊缝金属能够在较大的热输入量焊接条件下获得以针扎铁素体为主的焊缝组织，从而兼顾强度和韧性，从而满足了大输入量的焊接需求；低C、低Si以及高Ni的合金设计确保了焊缝金属较低的碳当量、冷裂纹敏感性以及脆性相的生成，有利于焊缝的低温韧性，同时高Ni设计通过韧化铁素体基体提高了焊缝金属的低温韧性稳定区间，也为焊缝金属适应大热输入量焊接、高焊接速度焊接提供了基础。
本发明提供了一种焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：将上述任意一项技术方案中所述的埋弧焊丝与MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂进行焊接后，得到焊缝金属；所述焊接的焊接速度优选为1.8～2.4m/min，更优选为1.9～2.3m/min，最优选为2.0～2.2m/min；所述焊接的热输入量优选为15～150kJ/cm，更优选为30～120kJ/cm，最优选为50～100kJ/cm。
本发明对所述MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于埋弧焊的MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂即可；本发明为保证焊接效果，优选在所述焊接前，先将MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂进行预热，所述预热的温度优选为300～400℃，更优选为330～370℃；所述预热的时间优选为1～3小时，更优选为1.5～2.5小时；本发明对上述预热的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的弱碱性烧结焊剂的预热条件即可。本发明对所述焊接工艺没有特别限制，以本领域技术人员熟知的埋弧焊工艺即可；本发明对所述焊接的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的焊接条件即可；本发明对所述焊接的设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的埋弧焊设备即可。
本发明提供的焊接方法，采用本发明提供的焊丝及配套的MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性焊剂，能够实现高焊接速度焊接，从而满足高效焊接的需求。
本发明还公开了一种焊缝金属，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85～1.60％的Mo；
2.50～4.50％的Ni；
0.005～0.30％的Ti；
0.002～0.02％的B；
0.002～0.02％的REM；
1.60～2.00％的Mn；
大于零且小于等于0.06％的C；大于零且小于等于0.20％的Si；小于等于0.008％的P；小于等于0.006％的S；余量的Fe。
本发明所述焊缝金属由上述任意一项技术方案所述的埋弧焊丝经过上述任意一项技术方案所述的焊接方法，进行焊接后得到。
在本发明中，鉴于焊剂以及焊接过程的综合影响，本发明按质量百分比组成，所述焊缝金属中Ti的质量百分比含量优选为0.05～0.30％，更优选为0.10～0.25％，最优选为0.15～0.20％；本发明所述焊缝金属中Ti的含量在此含量范围内，其形成的氧化物的尺寸能够得到细化、且其体积含量明显增加，从而能够显著促进焊缝金属中针状铁素体的生成。
本发明按质量百分比组成，所述焊缝金属中B的质量百分比含量优选为0.002～0.02％，更优选为0.005～0.017％，最优选为0.01～0.014％；本发明所述焊缝金属中Ti的含量在上述含量范围内，利用其易于偏聚晶界的特点来促进焊缝金属中晶内组织的形成、并同时抑制晶界形核生成的贝氏体和马氏体类组织，从而提高焊缝金属的低温韧性。
本发明按质量百分比组成，所述焊缝金属中REM的质量百分比含量优选为0.002～0.02％，更优选为0.006～0.017％，最优选为0.01～0.014％；本发明所述REM与前述REM均一致，在此不再一一赘述。
本发明按质量百分比组成，所述Si的质量百分比含量优选为小于等于0.20％，更优选为小于等于0.15％，最优选为小于等于0.10％。由于高的Si含量一方面增加了焊缝金属的热裂纹倾向，对焊接不利；另一方面促进了焊缝金属中晶界铁素体和侧板条铁素体的生成倾向，从而损坏低温冲击韧性，但由于埋弧焊剂中需要加入一定量的SiO2来保持焊接工艺性能，因此焊缝金属中的Si含量会增加，但应将其控制在≤0.20％。当其含量大于0.20％时，焊缝金属中，尤其是多道焊缝中脆性相M-A组元会显著增加，损坏低温韧性。
本发明所述焊缝金属中包括的其他组分，与前述焊丝中的元素组成、优选原则以及原理均一致，在此不再一一赘述。
本发明对上述焊接方法焊接得到的焊缝金属进行性能检测，实验结果表明，本发明提供的焊缝金属抗拉强度≥920MPa，延伸率≥18％，-40℃下的冲击功≥100J；本发明焊接过程的最大焊接速度为2.4m/min，最大热输入量达到150kJ/cm。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种埋弧焊丝及其焊接方法进行详细描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
焊接试板采用厚度规格16.3mm的X120管线钢板，截面尺寸为350×800mm。采用单丝埋弧焊接方法，焊接速度2.0m/min，焊接热输入量为32kJ/cm，坡口为单V。选用直径为3.2mm的实芯焊丝，化学成分(质量百分比)参见表1，表1为实施例1～18采用的埋弧实芯焊丝的化学成分。焊剂选用碱度为1.35的MgO-SiO2-CaF2-Al2O3弱碱性烧结焊剂，焊前将焊剂加热到350℃并保温2小时。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
实施例2：
采用与实施例1中相同的钢板和焊剂。焊丝成分与实施例1相同，直径为4mm。
采用双丝埋弧焊接方法，焊接热输入量为65kJ/cm，焊接速度为1.8m/min，坡口为双V，正反面各一道次。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
实施例3：
采用与实施例1成分相同的焊丝，但直径为4mm。焊接试板成分和厚度规格与实施例1相同，但截面尺寸为450×1200mm。焊剂选用碱度为1.32的MgO-SiO2-CaF2-Al2O3弱碱性烧结焊剂，
采用双面四丝埋弧焊接方法，坡口为单V，正反面各一个焊接道次；焊接热输入量为75kJ/cm，焊接速度2.1m/min。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
实施例4：
焊接试板采用厚度17.2mm管线钢板X120，截面尺寸为450×1000mm。选用直径为4mm的实芯焊丝，化学成分(质量百分比)参见表1，表1为实施例1～18采用的埋弧实芯焊丝的化学成分。埋弧焊剂选用碱度1.38的MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系碱性烧结焊剂，焊前将焊剂加热到350℃并保温2小时。
采用单丝埋弧焊接方法，坡口为单V，焊接热输入量为48kJ/cm，焊接速度为1.95m/min。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
实施例5：
选用与实施例4相同的焊接试板、焊丝和焊剂。
采用双丝埋弧焊接方法，坡口为单V，焊接热输入量为78kJ/cm，焊接速度为2.05m/min。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
实施例6：
选用与实施例4相同的焊接试板、焊丝和焊剂。
采用双面四丝埋弧焊接方法，坡口为双V，焊接热输入量为65kJ/cm，焊接速度为2.2m/min。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
实施例7-15：
分别选用不同成分、直径为4mm的实芯焊丝。焊剂选用碱度1.28的MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂，焊前将焊剂加热到350℃并保温2小时。
焊接试板选用14.3mm的管线钢板X120。利用上述焊丝和焊剂在外径1219钢管生产线上进行内焊和外焊。采用四丝埋弧焊接，坡口为双V，内外面各一道次；内外焊接的热输入量分别为65和68kJ/cm，焊接速度为2.25m/min。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
实施例16：
焊接试板采用26mm厚高强钢板，抗拉强度925MPa。
选用直径为4mm的实芯焊丝，其成分(质量百分比)参见表1，表1为实施例1～18采用的埋弧实芯焊丝的化学成分。焊剂选用碱度1.34的MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂，焊前将焊剂加热到350℃并保温2小时。采用单面三丝埋弧焊接方法，坡口为单V，单面焊接双面成型，焊接热输入量136kJ/cm，焊接速度为2.21m/min。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
实施例17：
焊接试板采用20mm厚级高强钢板，其屈服轻度845MPa,抗拉强度967Mpa。
选用直径为4mm的实芯焊丝，其成分(质量百分比)参见表1，表1为实施例1～18采用的埋弧实芯焊丝的化学成分。焊剂选用碱度1.27的MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂，焊前将焊剂加热到350℃并保温2小时。采用单面三丝埋弧焊接方法，坡口为单V，单面焊接双面成型，焊接热输入量124kJ/cm，焊接速度为2.15m/min。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
实施例18：
焊接试板采用20mm厚级高强钢板，其屈服轻度835MPa,抗拉强度945MPa。
选用直径为4mm的实芯焊丝，其成分(质量百分比)参见表1，表1为实施例1～18采用的埋弧实芯焊丝的化学成分。焊剂选用碱度1.30的MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂，焊前将焊剂加热到350℃并保温2小时。采用双面双丝埋弧焊接方法，坡口为双V，正反面各一个道次，焊接热输入量105kJ/cm，焊接速度1.9m/min。
焊后采用X射线和超声波对焊接接头进行探伤，未发现缺陷。焊接接头焊缝金属成分(质量百分比)参见表2，表2为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分。焊缝金属的力学性能检测结果，参见表3，表3为实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能。
表1实施例1～18采用的埋弧实芯焊丝的化学成分(wt％)
C Si Mn P S Mo Ni Cr Ti Cu B REM
1-3# 0.02 0.07 1.67 0.0067 0.0040 1.24 2.85 0.95 0.22 - 0.0118 0.0060
4-6# 0.05 0.06 1.72 0.0052 0.0046 1.45 2.78 1.12 0.24 - 0.0133 0.0120
7# 0.06 0.09 1.95 0.0068 0.0035 1.33 3.83 - 0.21 0.19 0.0151 0.0080
8# 0.04 0.05 1.81 0.0074 0.0035 1.15 4.16 - 0.26 0.25 0.0178 0.0089
9# 0.05 0.08 1.87 0.0063 0.0032 1.14 4.42 - 0.13 0.18 0.0158 0.0100
10# 0.06 0.09 1.83 0.0058 0.0046 0.95 2.65 1.40 0.24 - 0.0144 0.0070
11# 0.04 0.07 1.72 0.0072 0.0050 0.90 2.76 1.27 0.28 - 0.0162 0.0080
12# 0.04 0.07 1.64 0.0064 0.0050 1.26 3.76 0.87 0.17 - 0.0154 0.0092
13# 0.03 0.08 1.96 0.0072 0.0053 1.55 3.86 - 0.24 0.28 0.0124 0.0126
14# 0.03 0.08 1.83 0.0063 0.0042 1.48 4.12 - 0.27 0.26 0.0137 0.0107
15# 0.04 0.06 1.98 0.0053 0.0038 1.58 4.32 - 0.25 0.16 0.0128 0.0087
16# 0.05 0.06 1.62 0.0072 0.0038 0.88 2.68 0.75 0.22 0.18 0.0066 0.0075
17# 0.05 0.08 1.75 0.0068 0.0045 1.23 2.98 0.85 0.18 0.21 0.0076 0.0095
18# 0.04 0.07 1.82 0.0065 0.0042 1.44 3.15 0.75 0.15 0.24 0.0085 0.0090
表2实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属化学成分(wt％)
C Si Mn P S Mo Ni Cr Ti Cu B REM
1# 0.06 0.17 1.73 0.0072 0.0035 1.05 2.54 0.76 0.11 - 0.0042 0.0015
2# 0.06 0.16 1.72 0.0073 0.0034 1.02 2.52 0.75 0.10 - 0.0040 0.0017
3# 0.06 0.19 1.70 0.0071 0.0036 0.98 2.43 0.72 0.09 - 0.0038 0.0016
4# 0.04 0.17 1.63 0.0057 0.0042 1.26 3.12 1.23 0.12 - 0.0043 0.0042
5# 0.05 0.18 1.67 0.0058 0.0041 1.22 3.05 1.13 0.09 - 0.0037 0.0038
6# 0.05 0.18 1.71 0.0061 0.0036 1.19 2.95 1.08 0.08 - 0.0034 0.0039
7# 0.05 0.16 1.86 0.0071 0.0042 1.12 3.32 - 0.08 0.21 0.0042 0.0021
8# 0.04 0.14 1.89 0.0078 0.0043 0.92 3.48 - 0.09 0.24 0.0049 0.0024
9# 0.05 0.15 1.86 0.0068 0.0038 0.91 3.69 - 0.06 0.23 0.0043 0.0028
10# 0.06 0.16 1.88 0.0074 0.0045 0.74 2.22 1.08 0.14 - 0.0038 0.0014
11# 0.05 0.15 1.84 0.0071 0.0047 0.68 2.32 0.88 0.16 - 0.0045 0.0016
12# 0.05 0.16 1.74 0.0067 0.0051 1.02 3.12 0.62 0.12 - 0.0041 0.0017
13# 0.04 0.17 1.93 0.0073 0.0047 1.32 3.26 - 0.15 0.28 0.0036 0.0028
14# 0.05 0.15 1.85 0.0063 0.0038 1.35 3.54 - 0.18 0.28 0.0041 0.0024
15# 0.05 0.14 1.88 0.0064 0.0042 1.38 3.72 - 0.16 0.22 0.0037 0.0016
16# 0.06 0.15 1.74 0.0065 0.0043 0.89 2.52 0.68 0.12 0.23 0.0014 0.0022
17# 0.06 0.15 1.84 0.0054 0.0052 0.86 2.18 0.65 0.11 0.16 0.0024 0.0026
18# 0.05 0.14 1.87 0.0063 0.0045 0.96. 2.58 0.67 0.09 0.26 0.0023 0.0025
表3实施例1～18制得的焊接接头的焊缝金属的力学性能
通过上述实施例数据可知，采用本发明技术可得到无缺陷的管线埋弧焊接接头，且焊缝金属的抗拉强度≥980MPa，断后延伸率≥18％，-40℃冲击吸收功≥100J，适用于超高强度X120钢级管线的焊接制管。
同时，本发明还提供了一种搭配MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂的焊接方法，可实现高焊接速度1.8～2.4m/min以及高热输入量15～150kJ/cm的焊接加工。
以上对本发明提供的一种埋弧焊丝及其焊接方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种埋弧焊丝，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85~1.60%的Mo；
2.50~4.50%的Ni；
0.10~0.30%的Ti；
0.005~0.02%的B；
0.005~0.02%的REM；
1.60~2.00%的Mn；
大于零且小于等于0.06%的C；大于零且小于等于0.10%的Si；小于等于0.008%的P；小于等于0.006%的S；余量的Fe。
2.一种埋弧焊丝，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85~1.60%的Mo；
2.50~4.50%的Ni；
0.10~0.30%的Ti；
0.005~0.02%的B；
0.005~0.02%的REM；
1.60~2.00%的Mn；
0.65~1.45%的Cr；
大于零且小于等于0.06%的C；大于零且小于等于0.10%的Si；小于等于0.008%的P；小于等于0.006%的S；余量的Fe。
3.一种埋弧焊丝，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85~1.60%的Mo；
2.50~4.50%的Ni；
0.10~0.30%的Ti；
0.005~0.02%的B；
0.005~0.02%的REM；
1.60~2.00%的Mn；
0.10~0.50%的Cu；
大于零且小于等于0.06%的C；大于零且小于等于0.10%的Si；小于等于0.008%的P；小于等于0.006%的S；余量的Fe。
4.一种焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1~3任意一项所述的埋弧焊丝与MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂进行焊接后，得到焊缝金属。
5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接的焊接速度为1.8~2.4m/min。
6.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接的热输入量为15~150kJ/cm。
7.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述焊接前，先将MgO-SiO2-CaF2-Al2O3系弱碱性烧结焊剂进行预热；
所述预热的温度为300~400℃，所述预热的时间为1~3小时。
8.一种焊缝金属，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85~1.60%的Mo；
2.50~4.50%的Ni；
0.005~0.30%的Ti；
0.002~0.02%的B；
0.002~0.02%的REM；
1.60~2.00%的Mn；
大于零且小于等于0.06%的C；大于零且小于等于0.20%的Si；小于等于0.008%的P；小于等于0.006%的S；余量的Fe。
9.一种焊缝金属，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85~1.60%的Mo；
2.50~4.50%的Ni；
0.005~0.30%的Ti；
0.002~0.02%的B；
0.002~0.02%的REM；
1.60~2.00%的Mn；
0.65~1.45%的Cr；
大于零且小于等于0.06%的C；大于零且小于等于0.20%的Si；小于等于0.008%的P；小于等于0.006%的S；余量的Fe。
10.一种焊缝金属，其特征在于，按质量百分比组成包括：
0.85~1.60%的Mo；
2.50~4.50%的Ni；
0.005~0.30%的Ti；
0.002~0.02%的B；
0.002~0.02%的REM；
1.60~2.00%的Mn；
0.10~0.50%的Cu；
大于零且小于等于0.06%的C；大于零且小于等于0.20%的Si；小于等于0.008%的P；小于等于0.006%的S；余量的Fe。
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Assignor: INSTITUTE OF RESEARCH OF IRON & STEEL, JIANGSU PROVINCE/SHA-STEEL, Co.,Ltd.

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Denomination of invention: Submerged arc welding wire and welding method

Granted publication date: 20160928

License type: Exclusive License

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Denomination of invention: Submerged arc welding wire and welding method

Effective date of registration: 20230718

Granted publication date: 20160928

Pledgee: China Construction Bank Zhangjiagang branch

Pledgor: INSTITUTE OF RESEARCH OF IRON & STEEL, JIANGSU PROVINCE/SHA-STEEL, Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980048917

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