抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢用埋弧焊焊丝制造技术

本发明专利技术涉及一种抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢用埋弧焊焊丝。其技术方案是：所述埋弧焊焊丝的化学组分是：C为0.001~0.05wt%，Mn为0.40~0.80wt%，Si为0.10~0.30wt%，Cr为3.00~6.00wt%，Cu为0.20~0.40wt%，(V+Nb+Ti)为0.04~0.10wt%；S≤0.001wt%，P≤0.002wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术合金元素简单，所制备的埋弧焊焊丝与焊剂SJ101配合，形成的焊缝金属的力学性能及耐腐蚀性能与抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢性能相匹配，且能满足对所焊接制备的油气管道的技术要求，并具有较好的抗腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于埋弧焊焊丝
具体涉及一种抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢用埋弧焊焊丝。
技术介绍
二氧化碳与原油混溶后可显著降低原油的粘度并增加其流动性，利用这一特性，二氧化碳广泛应用于油气田原油的开采，以有效提高原油的收得率。然而，二氧化碳一旦和水共存就具有极强的腐蚀性，会严重腐蚀输送原油的管道材料，包括管线钢及其焊接接头，给管线钢和焊缝金属提出了抗二氧化碳腐蚀的性能要求。随着油井开采进入中后期，原油含水量和矿化度提高；深井和超深井的不断开发，导致了井内温度和压力的提高；近十年来强腐蚀环境油气井的进一步开发，井底二氧化碳等强腐蚀气氛连续上升等综合环境的变化，使得油气田管材腐蚀更趋严重，抗腐蚀管的需求急剧增加。针对这一问题，钢铁材料研究工作者对抗二氧化碳腐蚀的材料开展了大量的工作，并取得许多积极的研究和应用成果，现已研制出用于二氧化碳驱油油田地面集输管道用管线钢。但是，对于制造该管道的埋弧焊焊丝的研制还是一个空白。现有焊接材料技术中，已公开的专利技术如“管线钢用高韧性埋弧焊丝”(ZL 200710303639.7)和“高等级管线钢用高强 度高韧性高焊速埋弧焊丝”(ZL 200810005040.X)等，适用于X60 — X80的埋弧焊焊接，虽具有优良的强度和韧性，但却不具备抗腐蚀性能。如“低碳微合金化埋弧焊丝”(ZL92105621.4)、“高性能管线钢埋弧焊焊丝”(ZL 01106520.6)和“高等级管线钢用埋弧焊焊丝材料”(ZL 200410073353.0)专利技术，适用于油气管线X60 — X80的埋弧焊接，也具备了较好的抗H2S腐蚀性能，却不能有效抵抗二氧化碳的腐蚀，原因是CO2与H2S对金属材料的腐蚀机理不同。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种合金元素简单、成本低和易于控制的抗二氧化碳腐蚀的65ksi (450MPa，下同)强度级别管线钢用埋弧焊焊丝，所制备的埋弧焊焊丝能满足对所焊抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢形成的焊接接头强度和韧性的要求，还具有与母材匹配的抗二氧化碳腐蚀性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:该埋弧焊焊丝的化学组分是:C为0.001 0.05wt%, Mn 为 0.40 0.80wt%, Si 为 0.10 0.30wt%, Cr 为 3.00 6.00wt%, Cu 为0.20 0.40wt%, (V+Nb+Ti)为 0.04 0.10wt%, S≤ 0.001wt%, P ≤ 0.002wt%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果: 本专利技术采用的超低碳含量，一方面使焊缝金属形成超低碳贝氏体或少量超低碳马氏体，在保证焊缝金属强度的同时，使其具有较好的抗裂性能和冲击韧性，另一方面避免生成大量的铬的碳化物，从而避免了耐腐蚀性能的降低。本专利技术采用中等Cr元素含量，Cr元素能在CO2腐蚀介质中形成密致的腐蚀产物膜，可阻碍腐蚀进一步发展。一方面保证焊缝金属及热影响区熔合线，在服役过程中，具有与母材相当的耐二氧化碳腐蚀性；另一方面通过固溶强化提高焊缝金属的强度，以弥补由于超低碳含量而降低的强度。本专利技术添加适当的Cu元素，能使形成的腐蚀产物膜更加密致，提高耐腐蚀性能；另外，添加微量元素(V+Nb+Ti)，先于铬形成碳化物，一方面能提高焊缝金属的力学性能，另一方面还能提高耐腐蚀性能。本专利技术中的S和P元素严格控制在0.001wt9aP0.002wt%以下，通过钢水纯净化提高所制得埋弧焊丝的品质，严格控制这两种元素在焊丝中的含量，从而保证焊缝金属中S、p元素控制在较低的水平。本专利技术以超低的碳含量、中等的铬含量、少量的铜含量和微量的(V+Nb+Ti)含量所制成的埋弧焊焊丝合金元素成分简单，成本低，易于控制。本专利技术制备的埋弧焊焊丝，焊接抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢后的焊缝金属组织为超低碳贝氏体+少量超低碳马氏体组织，该组织保证了焊缝金属具备65ksi级别的屈服强度，同时具有较好的冲击韧性，抗拉强度达到> 540MPa，_20°C冲击韧性达到^ 100J ;同时，耐腐蚀性能优良，实现了与抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢性能的匹配。因此，本专利技术的合金元素简单、成本低和易于控制，所制备的埋弧焊焊丝具有与母材匹配的抗二氧化碳腐蚀性能，能满足对所焊抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢形成的焊接接头强度和韧性的要求，还且能满足对所焊接制备的油气管道的技术要求，并具有较好的抗腐蚀性能。`具体实施例方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步描述，并非对本其保护范围的限制。实施例1 一种抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢用埋弧焊焊丝，该埋弧焊焊丝的化学组分是:c 为 0.001 0.01wt%,Mn 为 0.70 0.80wt%, Si 为 0.10 0.20wt%, Cr 为 5.50 6.00wt%,Cu 为 0.20 0.30wt%, (V+Nb+Ti)为 0.04 0.05wt%, S ( 0.001wt%,P ( 0.002wt%，余量为 Fe和不可避免的杂质。本实施例所制备的埋弧焊焊丝，采用三丝埋弧焊焊接方法，配套使用焊剂为SJ101-G，焊接12mm厚的抗二氧化碳腐蚀的X65钢板。该钢板的化学组分是:C为0.0I 0.05wt%, Si 为 0.20 0.70wt%, Mn 为 0.20 0.70wt%, Cu 为 0.20 0.50wt%, Ni 为0.10 0.30wt%, Cr 为 3.50 6.20wt%, S 彡 0.001wt%, P 彡 0.010wt%，其它为铁及不可避免的杂质。该钢板的力学性能是:屈服强度为> 350MPa，抗拉强度为54(T600MPa，-20°C平均冲击韧性功为125J。试板坡口型式为双V型，单侧坡口角度为45°。焊丝直径为3.2mm，焊接线能量为22kJ/cm。对本实施例所制得的埋弧焊焊丝的焊缝金属进行显微组织分析、力学性能及腐蚀性能测试。显微组织分析方法及力学性能测试按常规方法进行，腐蚀性能测试方法如下:CO2腐蚀试验在3L高温高压FCZ磁力驱动反应釜进行，将熔敷金属放在高温高压釜的腐蚀介质中，介质成分模拟PY30 — I气田采出液。实验参数如下:温度为60° C，CO2分压为IMPa，流速为lm/s，实验周期为768小时。用500mLHCl和3.5g C6H12N4 (六次甲基四胺)及去离子水配制成IOOOmL溶液去除腐蚀产物。用失重法计算平均腐蚀速率。测试结果如下:焊缝金属组织为低碳贝氏体+少量低碳马氏体。焊缝金属的抗拉强度为540MPa，-20°C时焊缝金属冲击功平均值Akv=125J，腐蚀试样表面光滑，腐蚀速率为1.45mm/a。测试结果表明:采用本实施例所述埋弧焊焊丝，经三丝埋弧焊后，其焊缝金属力学性能及腐蚀性能完全满足抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢的技术要求。实施例2 一种抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢用埋弧焊焊丝，该埋弧焊焊丝的化学组分是:c 为 0.0I 0.02wt%, Mn 为 0.60 0.70wt%, Si 为 0.10 0.20wt%, Cr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗二氧化碳腐蚀的65ksi强度级别管线钢用埋弧焊焊丝，其特征在于所述埋弧焊焊丝的化学组分是：C为0.001~0.05wt%，Mn为0.40~0.80wt%，Si为0.10~0.30wt%，Cr为3.00~6.00wt%，Cu为0.20~0.40wt%，(V+Nb+Ti)为0.04~0.10wt%，S≤0.001wt%，P≤0.002wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王红鸿，吴开明，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：