厚度在15-20mm的高性能超快冷X70钢的双丝埋弧焊接方法技术

厚度在15‑20mm的高性能超快冷X70钢的双丝埋弧焊接方法：焊接母材位X70钢；焊缝的坡口形式为双V形，单边角度为30°或35°，钝边为5.5~6.5mm，大面深度在5.5~8mm，小面深度在4~5.5mm；匹配的焊接材料：焊剂为SJ101；前焊丝采用Mn‑Ni体系，后焊丝采用Mn‑Ni‑Mo‑Cr体系；焊接条件及工艺：前焊丝与后焊丝为同熔池并同步移动；先焊接小面，小面焊缝冷却后再焊接大面。本发明专利技术由于不同焊丝的双丝埋弧焊接，且匹配弱碱性烧结焊剂及匹配的焊接工艺参数，使经济型X70石油天然气管线钢的焊接接头冲击韧性‑10℃KV2达到140J以上，强度高于母材，硬度不高于230HV10，焊接接头性能非常理想。

Double wire submerged arc welding method of high performance ultra fast cooling of X70 steel with thickness of 15 20mm.

High performance ultra fast cooling of X70 steel with thickness of 15 20mm double wire submerged arc welding method, welding base material X70 steel; weld groove form into a double V shaped, unilateral angle is 30 degrees or 35 degrees, blunt edge 5.5~6.5mm, large surface depth at 5.5~8mm facet depth in 4~5.5mm; welding material matching the flux is SJ101; before using Mn Ni wire system, after using Mn Ni Mo wire Cr system; welding conditions and process: the wire and wire after with molten pool and synchronous movement; welded facet, facet weld cooling after welding surface. Due to the different wire double wire submerged arc welding, and the matching of weak alkaline sintered flux and matching of welding parameters, the economy type X70 oil and gas pipeline steel welding joint impact toughness KV2 10 degrees above 140J, the strength is higher than that of base metal, the hardness is not higher than 230HV10, the ideal performance of welded joints.

【技术实现步骤摘要】
厚度在15-20mm的高性能超快冷X70钢的双丝埋弧焊接方法
本专利技术申请涉及一种埋弧焊工艺，具体地说是针对高性能超快冷X70钢，通过选配两种不同焊丝及合适的焊接工艺进行双丝埋弧焊，使X70钢埋弧焊接头性能满足要求。
技术介绍
在2014年之前，我国X70管线钢的成分体系一般采用Mn-Mo-Mn-Cu，且Mo+Mn+Cu≥0.55%。制管时采用前后焊丝相同的双丝埋弧焊工艺，即是在前后丝相同的情况下，在内外面或正反面各焊接一道的埋弧焊接工艺。其焊丝采用Mn-Mo成分体系，其成分为(wt%)C0.05~0.10，Si≤0.15，Mn1.40~1.60，Mo0.15~0.30，P≤0.015，S≤0.010。双丝埋弧焊是用于厚度在15~20mm中等厚度的管线钢的主要焊接方法。然而，随着世界经济的高速发展，对石油、天然气等能源资源的需求与日俱增，石油、天然气长输管道和城市管网的建设得到蓬勃发展。为提高长输管道和城市管网的输送效率和运行的经济性，近年来，管道的输送压力和管径不断增加，对所采用管线钢原材料的强韧性要求越来越高，我国管线工程焊接技术条件要求更是高于美国API标准。目前X70钢是国内外长输管道主力钢种，但是，现有的X70管线钢中含有昂贵的Ni、Cu、Mo等元素，且铸坯的加热温度较高，导致能耗高，钢板的内应力较大，使钢板的平直度较差，所以降低合金元素含量成为当前钢铁品种的发展方向。随着钢铁轧制工艺的不断改进，出于降低合金成本的考虑，近来开发了高强钢的超快冷轧制工艺。在降低Ni,Mo,Cu等昂贵的主合金元素含量的情况下，添加Nb等微合金化元素，提高奥氏体再结晶温度，在适于变形的温度区间完成连续大变形和应变积累,得到硬化的奥氏体。轧后立即进行超快冷,使轧件迅速通过奥氏体相区,保持轧件奥氏体硬化状态。在奥氏体向铁素体相变的动态相变点终止冷却，相变前奥氏体中析出相来不及长大和再析出，相变前碳元素扩散因超快速冷却被抑制，析出相更为细小和弥散，实现钢的细晶强化和韧化。基于以上思路钢企开发了合金元素含量较低的经济型X70管线钢，较贵重合金(如Ni,Mo,Cu)被减少或取代。其钢板的力学性能为抗拉强度≥570MPa，硬度不高于240HV10，-10℃KV2平均值不低于80J，-10℃KV2单个值不小于60J。不同钢厂、不同时期生产的管线钢，其合金元素有明显的差别。由于成分发生了很大的变化，如若采用现有焊丝及同成分双焊丝的埋弧焊接工艺，则无法满足焊接技术要求，在试验中发现要么焊缝强度不够，要么使焊缝的强度偏高、硬度超标而不能满足要求。对于焊接接头的强度，接头拉伸试验断于母材是最理想的情况；有时也允许断于焊缝，但抗拉强度必须高于基材强度下限，并希望有充足的富裕量。中国专利公开号为CN103357995A的文献，公开了一种“耐热钢直缝焊管焊接方法”，其主要针对耐热钢制定了双丝埋弧焊的工艺，侧重于设备装置。中国专利公开号为CN104384678A的文献，公开了一种“螺旋埋弧焊的新型焊接工艺”，主要涉及双丝埋弧焊的工艺过程。而关于高性能超快冷X70钢双丝埋弧焊焊材及工艺尚未有报道。双丝埋弧焊为焊丝的合理匹配带来可能。管线钢的双丝埋弧焊一般采用焊丝一前一后双弧同熔池的方式，焊接熔池金属由两种焊丝及母材熔合共同组成。当钢板较薄时（如低于10mm），焊缝金属中母材占主导；当钢板较厚时(如大于15mm)，焊接处开坡口，焊缝金属中焊丝的贡献增加。对于双丝焊，通过选用不同成分体系的焊丝作为前后丝，可使焊缝成分及性能得到良好匹配。本专利技术针对新开发的厚度为15~20mm的X70钢，由于其合金元素含量下降，若前后丝均采用Mn-Mo焊丝，或采用Mn-Ni焊丝(wt%)：C0.06~0.09%，Si≤0.07，Mn1.50~1.90%，Ni0.25~0.50%，则焊缝碳当量CE处于0.37%以下，强度不理想，且与钢中含Cr不相匹配。若采用Mn-Ni-Cr-Mo焊丝(wt%)C0.06~0.09%，Si≤0.15%，Mn1.50~1.90%，Cr0.30~0.50%，Mo0.30~0.50%，Ni0.25~0.50%，X70钢焊缝碳当量CE达到0.44%，则焊缝硬度偏高，韧性也受到影响。另外焊材成本也增加。为了解决上述存在的问题，本申请人经过大量试验研究，采用了前焊丝为Mn-Ni成分体系，后丝采用Mn-Ni-Cr-Mo成分体系的不同双丝埋弧焊接工艺，且匹配弱碱性烧结焊剂，使新开发的焊接接头冲击韧性-10℃KV2达到140J以上，强度高于基材，硬度不高于230HV10，焊接接头性能非常理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述文献中存在的不足，提供一种通过前丝为Mn-Ni成分体系、后丝为Mn-Ni-Cr-Mo成分体系的不同双丝埋弧焊接工艺，匹配弱碱性烧结焊剂，使厚度在15~20mm的超快冷经济型X70石油天然气管线钢的焊接接头冲击韧性-10℃KV2达到140J以上，抗拉强度高于基材，硬度不高于230HV10；相对于X70钢技术条件要求有一定的富裕量。实现上述目的的措施：厚度在15-20mm的高性能超快冷X70钢的双丝埋弧焊接方法，其步骤：1）焊接母材：X70钢，其组分及重量百分比含量：C≤0.08%，Si≤0.30%，Mn≤1.70%，P≤0.15%，S≤0.002%，其余为Fe及不可避免的杂质；其控制Cr+Ni+Mo≤0.45%，Nb+V+Ti≤0.15%，Pcm≤0.18；力学性能在：抗拉强度≥570MPa，-10℃KV2平均值不低于80J，-10℃KV2单个值不小于60J；1）焊缝的坡口形式：双V形，单边角度为30°或35°，钝边为5.5~6.5mm，大面深度在5.5~8mm，小面深度在4~5.5mm；2）匹配的焊接材料：焊剂为SJ101；前焊丝采用Mn-Ni体系成分的焊丝，焊丝直径为3.2或4mm；后焊丝采用Mn-Ni-Mo-Cr体系成分的焊丝，焊丝直径为4mm；得到的焊缝与母材成分体系及强度级别相匹配；3）焊接条件及工艺：前焊丝与后焊丝为同熔池并同步移动；先焊接小面，其焊接速度在85~100cm/min；前丝焊接电流在600~750A，电压在33~34V；后丝焊接电流在530~650A，电压在36~37V；并控制前焊丝与后焊丝的总焊接线能量在24~33kJ/cm；小面焊缝冷却后再焊接大面，大面焊接速度在85~100cm/min；前丝焊接电流在750~900A，电压在33~34V；后焊丝焊接电流在600~650A，电压在36~37V；并控制前焊丝与后焊丝的总焊接线能量在28~38kJ/cm；焊接后的焊接接头力学性能：-10℃KV2≥140J，抗拉强度高于母材，硬度≤230HV10。其在于：大面及小面各自焊接线能量、坡口深度与钢板的厚度成正相关关系。其在于：所述前焊丝即Mn-Ni体系焊丝的组分及重量百分比含量：C：0.06~0.09%，Si≤0.07，Mn：1.50~1.90%，Ni：0.25~0.50%，其余为Fe。其在于：所述后焊丝采用Mn-Ni-Cr-Mo体系的焊丝。其在于：所述的Mn-Ni-Cr-Mo体系的焊丝成分及重量百分比含量为：C：0.06~0.09%，Si≤0.15%，Mn：1.50~1.90%，Cr：0.30~0.50本文档来自技高网...

【技术保护点】
厚度在15‑20mm的高性能超快冷X70钢的双丝埋弧焊接方法，其步骤：1）焊接母材：X70钢，其组分及重量百分比含量：C≤0.08%，Si≤0.30%， Mn≤1.70%，P≤0.15%，S≤0.002%，其余为Fe及不可避免的杂质；其控制Cr+Ni+Mo≤0.45%，Nb+V+Ti≤0.15%，Pcm≤0.18；力学性能在：抗拉强度≥570MPa，‑10℃KV2平均值不低于80J，‑10℃KV2单个值不小于60J；焊缝的坡口形式：双V形，单边角度为30°或35°，钝边为5.5~6.5mm，大面深度在5.5~8mm，小面深度在4~5.5mm；匹配的焊接材料：焊剂为SJ101；前焊丝采用Mn‑Ni体系成分的焊丝，焊丝直径为3.2或4mm；后焊丝采用Mn‑Ni‑Mo‑Cr体系成分的焊丝，焊丝直径为4mm；得到的焊缝与母材成分体系及强度级别相匹配；焊接条件及工艺：前焊丝与后焊丝为同熔池并同步移动；先焊接小面，其焊接速度在85~100cm/min；前丝焊接电流在600~750A，电压在33~34V；后丝焊接电流在530~650A，电压在36~37V；并控制前焊丝与后焊丝的总焊接线能量在24~33kJ/cm；小面焊缝冷却后再焊接大面，大面焊接速度在85~100cm/min；前丝焊接电流在750~900A，电压在33~34V；后焊丝焊接电流在600~650A，电压在36~37V；并控制前焊丝与后焊丝的总焊接线能量在28~38kJ/cm；焊接后的焊接接头力学性能：‑10℃KV2≥140J，抗拉强度高于母材，硬度≤230HV10。...

【技术特征摘要】
1.厚度在15-20mm的高性能超快冷X70钢的双丝埋弧焊接方法，其步骤：1）焊接母材：X70钢，其组分及重量百分比含量：C≤0.08%，Si≤0.30%，Mn≤1.70%，P≤0.15%，S≤0.002%，其余为Fe及不可避免的杂质；其控制Cr+Ni+Mo≤0.45%，Nb+V+Ti≤0.15%，Pcm≤0.18；力学性能在：抗拉强度≥570MPa，-10℃KV2平均值不低于80J，-10℃KV2单个值不小于60J；焊缝的坡口形式：双V形，单边角度为30°或35°，钝边为5.5~6.5mm，大面深度在5.5~8mm，小面深度在4~5.5mm；匹配的焊接材料：焊剂为SJ101；前焊丝采用Mn-Ni体系成分的焊丝，焊丝直径为3.2或4mm；后焊丝采用Mn-Ni-Mo-Cr体系成分的焊丝，焊丝直径为4mm；得到的焊缝与母材成分体系及强度级别相匹配；焊接条件及工艺：前焊丝与后焊丝为同熔池并同步移动；先焊接小面，其焊接速度在85~100cm/min；前丝焊接电流在600~750A，电压在33~34V；后丝焊接电流在530~650A，电压在36~37V；并控制前焊丝与后焊丝的总焊接线能量在24~33kJ/cm；小面焊缝冷却后再焊接大面，大面焊接速度在85~100cm/min；前丝焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄治军，方要治，崔雷，王辉，郑绍鹏，牟文广，缪凯，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42