CN102873473A - X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮，药皮按重量百分比由以下材料组成：40%~45%大理石，15%~20%萤石，2%~4%钛白粉，6%~10%金红石，7%~10%钛铁，4%~7%低碳锰铁，2%~5%硅铁，6%~10%铁粉，2.5%~3%合成云母，1.8%~2.2%稀土，2%~2.4%微晶纤维，各组分的重量百分比之和为100%。采用本发明药皮制作的焊条，稳弧性能良好，熔池流动性好，飞溅颗粒细小，焊后脱渣良好，熔渣覆盖均匀，焊缝成型细致美观。研制的焊条熔敷金属扩散氢含量得到了有效的控制。

Description

X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条。

背景技术

石油、天然气输送管道通常位于环境比较恶劣的地区，如极寒冷地区、地震带或海洋地区，对输送管道的高强度和低温韧性要求日益增高，这就促使了X80管线钢的开发成功。近年来，我国陆续对甘肃、青海、陕西、四川等西部广大地区和渤海湾、南海西部、黄海和东海大陆架的石油天然气资源进行大规模的开发，需要大量的高强高韧油气输送管线钢。随着管线钢的发展，其强度、韧性得到了逐步的提高，应用范围也越来越广泛，特别是X80管线钢的研究和应用较为突出。X80管线钢被工业发达国家誉为21世纪天然气输送管道用钢。

长输油、气管线在石油、气输送过程中，由于输送介质或周围土壤对管线的腐蚀以及局部机械损伤等原因，需要对损伤部位进行现场加固或焊接修复。所以研制X80管线钢在线焊接用焊条，为输油、气管线的在线焊接技术奠定基础，不但可以为国家节约大量资金，而且推动了输油、气管线的在线焊接技术的发展，具有重要的现实意义和显著的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条，解决了现有技术中没有X80管线钢在线焊接专用焊条的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮，其中药皮按重量百分比由以下材料组成：15%~20%萤石，2%~4%钛白粉，6%~10%金红石，7%~10%钛铁，4%~7%低碳锰铁，2%~5%硅铁，6%~10%铁粉，2.5%~3%合成云母，1.8%~2.2%混合稀土，2%~2.4%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%；

其中焊芯按重量百分比由以下组分组成：0.02%~0.08%的C，0.2%~0.4%的Si，1.3%~1.8%的Mn，1.2%~1.6%的Ni，0.2%~0.45%的Mo，0.01%~0.035%的Ti，0.0015%~0.005%的B，0.1%~0.3%的Cu，0.1%~0.3%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%。

本发明的特点还在于，

其中混合稀土由以下组分组成：20%的氧化钇，20%的氧化铈，60%的氧化镧。

本发明的目的还在于提供一种焊条的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，制作焊芯

1）将专业纯铁和工业纯铁放置在坩埚中央，把石墨、锰铁、硅铁、钼铁和斑铜矿铺放在坩埚内壁四周处，然后将Ni粉铺放在坩埚中部，再在Ni粉上铺满石墨、锰铁、硅铁、钼铁、斑铜矿，将坩埚和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，坩埚中的物质全部溶化形成合金钢液，合金钢液温度达到1540℃，且钢液平静时，停止加热，并冷却排气15min，之后加热进行精炼20min后停止加热，合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，当合金钢液温度下降至1540℃前5min时充入氩气，使炉内气压达到250~350mmHg，再向合金钢液中加入Ce、B并搅拌2min，当合金钢液温度为1540℃时出钢，冷却至室温得到钢锭，使得钢锭的重量百分比为：0.02%~0.08%的C，0.2%~0.4%的Si，1.3%~1.8%的Mn，1.2%~1.6%的Ni，0.2%~0.45%的Mo，0.01%~0.035%的Ti，0.0015%~0.005%的B，0.1%~0.3%的Cu，0.1%~0.3%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%；

2）将钢锭进行扒皮，采用750kg的蒸汽锤将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷却至室温后，去除方坯表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并切去冒头，然后采用轧机将方坯轧制成

盘条，拉拔后即得焊芯；

步骤2，制作药皮

按照重量百分比称取15%~20%萤石，2%~4%钛白粉，6%~10%金红石，7%~10%钛铁，4%~7%低碳锰铁，2%~5%硅铁，6%~10%铁粉，2.5%~3%合成云母，1.8%~2.2%混合稀土，2%~2.4%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，

将上述称取的材料和粘结剂一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；

步骤3，制作焊条

在焊条压涂机中加入步骤2制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制得的焊芯上，然后放入箱式炉中进行逐级升温烘干，就制成X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条。

步骤1中焊丝的拉拔步骤为：将

盘条进行机械剥壳，然后在耐酸混凝土酸洗池中酸洗15min去锈，之后采用链条式烘干炉，以150℃的烘干温度进行烘干，烘干速度为2m/s，再采用回转式拉丝机进行干法拉丝后卷取，进行热处理后再通过回转式拉丝机干法拉丝，卷取后在质量浓度为70%的硫酸铜溶液中进行化学镀铜，镀铜时间为2s，然后进行抛光后卷取，缠绕成直径为3.2mm的焊丝。

酸洗去锈中使用的酸为体积浓度为15%的盐酸。

其中热处理步骤为：将卷取的焊丝加热至670℃~680℃后自然冷却至常温。

抛光时使用IRIS-898镀铜焊丝抛光油进行抛光。

步骤2中粘结剂为钠水玻璃，粘结剂加入量为每100g物料粉加入28g~33g。

步骤3中所述逐级升温烘干步骤具体为：先以60℃进行低温烘干8h，然后分别以120℃、180℃、250℃、350℃四个温度段进行高温烘干，每个温度段的烘干时间均为1h。

本发明的有益效果是，采用本发明药皮制作的焊条，稳弧性能良好，熔池流动性好，飞溅颗粒细小，焊后脱渣较为容易，熔渣覆盖均匀，焊缝成型细致美观。研制的焊条熔敷金属扩散氢含量得到了有效的控制。

附图说明

图1是本发明实施例1的熔敷金属金相图；

图2是本发明实施例5的熔敷金属金相图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供一种X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮。

焊条的药皮按重量百分比有以下材料组成：15%~20%萤石，2%~4%钛白粉，6%~10%金红石，7%~10%钛铁，4%~7%低碳锰铁，2%~5%硅铁，6%~10%铁粉，2.5%~3%合成云母，1.8%~2.2%混合稀土，2%~2.4%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，其中混合稀土由以下组分组成：20%的氧化钇，20%的氧化铈，60%的氧化镧。

药皮中各个组份的作用：

大理石和萤石：在低氢型碱性渣系里，大理石、萤石的总量一般控制在55%~75%，熔渣中含有大量的CaO和CaF₂，熔渣碱性度高。大理石既可造气，又可造渣。且分解析出气体时，能提高对熔滴的喷力，减少飞溅，分解出的CaO既能稳定电弧，又有良好的脱硫能力。萤石去除氢气孔的作用非常显著，随着药皮中萤石加入量的增加，焊缝含氢量就减少。

在大理石与萤石总量一定的情况下，大理石与萤石之比很重要：大理石与萤石之比大于1小于3时，电弧稳定，喷力大，飞溅少。大理石与萤石之比接近3或大于3时，焊缝有丝状粘渣出现，V形坡口焊接时脱渣不良，焊缝表面有气孔。大理石与萤石之比小于1时，电弧稳定性差；大理石与萤石之比接近0.5或小于0.5时，脱渣性较好，但焊渣太稀。因此，提高大理石而降低萤石含量（大理石与萤石之比大于1小于3时），电弧稳定性增加，熔渣的碱度和氧化性增大，但是随着其比值的增加熔渣的熔点提高，粘度和表面张力增大，熔渣流动性变差，焊道变窄，堆高增加；反之，会使电弧稳定性变差，药皮熔点降低，焊条套筒变短，电弧吹力不够，飞溅增大，熔渣过稀，保护不良，且难于操作。从焊条的焊接工艺性能来看，本发明药皮中大理石/萤石=1.6~2.6为宜，原因是大理石与萤石之比在这个范围内时焊条具有良好的力学性能，同时工艺性能亦较好。因此大理石的含量控制在40%~45%，萤石的含量控制在15%~20%。

钛白粉：1）稳弧，使熔池平静，飞溅较小；2）形成短渣，使焊波细致；3）能与氧化铁结合成钛酸盐进入熔渣起脱氧作用；4）增强药皮的塑性、粘性使焊条易于压涂。控制钛白粉含量在2%~4%之间。

金红石：金红石的主要成分是TiO₂，它是很好的造渣剂，也是极好的粘塑剂，能使熔渣变成短渣，有利于改善焊条的焊接工艺性能，这在交直两用的低氢焊条中更为普遍，但含量不宜大于12%，否则对脱渣性、抗裂性、立焊操作性以及机械性能都不利。因此控制金红石含量在6%~10%之间。

铁合金：常用铁合金是锰铁、硅铁和钛铁，前二者主要是合金剂，兼有脱氧作用，后者则纯粹为脱氧剂，用以保护锰和硅少受氧化而过渡入熔池，三者的总量为12%~24%：

1）焊缝必须渗入Mn和Si，以保证足够的机械性能；

2）大理石分解是吸热反应，熔池温度显著降低，铁合金数量较多时，它脱氧放出的热量才能足够补充。

低碳锰铁的用量一般小于8%，过量的锰铁会增加MnO的量，使熔渣碱度增大，导致熔渣流动性变差，焊缝成形不良，脱渣困难。控制低碳锰铁含量在4%~7%之间。

硅铁通常采用低度硅铁，含Si量约45％，一般硅铁用量小于5％。过量的硅铁会加剧熔池中的冶金反应，使爆炸性飞溅增大，熔渣流动性增加，成形变差，且还会导致焊缝金属的硅含量增加。低度硅铁压涂性能好，烘干焊条过程中药皮一般不会起泡。因此控制硅铁含量在2%~5%之间。

钛铁是主要的脱氧剂，脱氧后的产物TiO₂有一定的稀渣作用，钛铁对改善焊条的工艺性能有利，一般采用含Ti量为8%~30%的钛铁，钛铁中的杂质Si、Al含量越少越好，否则焊接的飞溅很大。钛铁的用量通常7%~10%已足够，如果硅铁较多，则钛铁用量还可以适当减少。

铁粉：在药皮中加入10%~70％铁粉可改进焊条的焊接工艺并显著提高熔敷效率，所以控制铁粉含量在6%~10%之间。

合成云母：云母的主要作用是改善涂料的压涂性能和造渣，并有助于提高稳弧性，但是有由于含结晶水，会使焊缝金属增氢。合成云母有以下特性：1）耐腐蚀性：合成云母与普通酸碱溶液不起反应，与水亦不发生反应，因而不起层、不挂垢、不破裂，在高温高压水的长期（2~3年）冲刷下，仍能基本保持原来的清晰和透明度；2）热性能：由于合成云母不含(OH)^-，所以它的耐高温热稳定性比天然云母高许多，合成云母1200℃以上才缓慢分解，1100℃以上失重显著；3）真空放气性能：合成云母的真空放气量低，用质谱仪测定，放出的微量气体只是O₂、N₂和Ar等吸附气体。由于不放出H₂O蒸汽，很适合用作电真空绝缘材料，将大大提高真空器件的使用寿命；4）合成云母的含水量较小，有利于减少氢气孔，从而有利于保证焊缝的强度。正是合成云母的性能比天然云母优越，因此选择合成云母较为合适，含量控制在2.5%~3%之间。

稀土：1）在焊条药皮中加入适量稀土添加剂，可显著提高焊缝金属的低温冲击韧性；2）稀土在焊接冶金过程中与硫、氧反应，可产生稀土硫化物、稀土氧化物和稀土硫氧化物，大部分上浮到熔渣中，有效地净化了焊缝，使硫含量下降46%左右；3）稀土能够显著改善焊缝金属组织，细化晶粒，增加针状铁素体数量，减少M-A组元数量；4）稀土可明显改善焊缝金属中夹杂物的形态大小及分布，使夹杂物数量减少，尺寸减小。含量控制在1.8%~2.2%之间。

微晶纤维：它是良好的助燃材料，具有优良的助燃特性并加强电弧吹力和焊条的再引弧性能。含量控制在2%~2.4%之间。

其中焊芯按重量百分比由以下组分组成：0.02%~0.08%的C，0.2%~0.4%的Si，1.3%~1.8%的Mn，1.2%~1.6%的Ni，0.2%~0.45%的Mo，0.01%~0.035%的Ti，0.0015%~0.005%的B，0.1%~0.3%的Cu，0.1%~0.3%的Ce，S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%。

焊芯中各个组份的作用：

C：一般增加C含量将损害其韧性，为了获得良好韧性的焊缝，C含量应尽可能低。然后考虑到炼钢因降C而增加冶炼成本，故C控制在0.02%~0.08%范围内。

Mn：焊缝中Mn含量在0.6%~1.8%范围内，随着Mn含量的增加，可使焊缝金属中AF含量显著增加，先共析铁素体含量明显减少，侧板条铁素体的数量稍有下降，同时使AF细化。根据焊缝要求的强度水平以及降C带来的强度损失，Mn量控制在1.3%~1.8%之间。

Ni：对于较高Mn（1.6%）含量，Ni含量为2.5%时有马氏体形成，由此可见Ni的含量为2.5%时，对焊缝组织的形成具有一个门槛值。同时Ni能细化组织促使针状铁素体的形成，Ni的固溶还能提高低温韧性。根据焊缝的低温韧性要求以及考虑到Ni元素价格昂贵，Ni量控制在1.2%~1.6%之间。

Si：焊缝中Si含量在0.2%~0.4%范围内时，随着Si含量的增加会促使AF的形成，特别是当焊缝中Mn含量小于1%时，随着Mn含量的增加，Si的影响明显减弱。从焊缝性能角度考虑，熔敷金属控制Si<0.4%。

Mo：保持强度水平，抑制γ→α转变，稍微降低γ→α转变温度。Mo能延迟和阻止珠光体的形核和长大。Si增加了C的活性，促使形成晶界渗碳体膜，但渗碳体膜存在时损害韧性。因此增加Mo来球化处理。但是Mo对韧性亦有害。在消除应力处理过程中析出Mo的C化物。所以Mo的加入要限制在某一范围内。Mo含量一般不超过0.4%，本发明取0.2%~0.45%。

Ti、B：焊缝中Ti、B元素含量过低，难以形成针状铁素体形核的足够夹杂物（Ti（CN）、BN等）质点，对焊缝金属的韧性提高不利，过高则夹杂物质点增多而增加脆性，且B含量过高，将弱化晶界，降低焊缝的低温冲击韧性。故本发明中取Ti含量为0.01%~0.035%，B含量为0.0015%~0.005%。

Ce：轻稀土Ce在焊接过程中会富集在硅酸盐夹杂物中，使夹杂物球化，并以弥散状态分布，从而有利于针状铁素体的形核，加入0.1%~0.3%的轻稀土Ce，对针状铁素体的成形比较有利，但轻稀土Ce加入量为2%时，冲击功有最大值，再增加稀土量，冲击韧性又明显下降。因此Ce含量控制在0.1%~0.3%。

Cu：低合金钢中Cu含量从0.025%开始即可提高耐蚀性，至0.25%为止，加入更多的Cu并不能继续提高钢的耐蚀性，故Cu控制在0.1%~0.3%。

S、P：当S在0.007%~0.046%范围内变化时，随着S含量的增加，焊缝金属中的AF数量减少，SF数量增加，而PF数量变化不大，组织的变化与夹杂物表面上生成的MnS层有关，焊缝金属的硬度和强度降低，冲击韧性严重恶化。P在0.007%~0.04%范围内变化时，对焊缝组织无明显影响。当焊缝金属中S和P的含量低于0.005%时，再降低S和P的含量，收效不大。S和P属于限制性杂质元素，但无限度地降低S和P的含量，必然会引起生产成本的提高，故控制S、P的含量为S<0.01%，P<0.02%。

本发明还提供一种焊条的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，制作焊芯

3）将专业纯铁和工业纯铁放置在坩埚中央，把石墨、锰铁、硅铁、钼铁和斑铜矿铺放在坩埚内壁四周处，然后将Ni粉铺放在坩埚中部，再在Ni粉上铺满石墨、锰铁、硅铁、钼铁、斑铜矿，将坩埚和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，坩埚中的物质全部溶化形成合金钢液，合金钢液温度达到1540℃，且钢液平静时，停止加热，并冷却排气15min，之后加热进行精炼20min后停止加热，合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，当合金钢液温度下降至1540℃前5min时充入氩气，使炉内气压达到250~350mmHg，再向合金钢液中加入Ce、B并搅拌2min，当合金钢液温度为1540℃时出钢，冷却至室温得到钢锭，使得钢锭的重量百分比为：0.02%~0.08%的C，0.2%~0.4%的Si，1.3%~1.8%的Mn，1.2%~1.6%的Ni，0.2%~0.45%的Mo，0.01%~0.035%的Ti，0.0015%~0.005%的B，0.1%~0.3%的Cu，0.1%~0.3%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%；

4）将钢锭进行扒皮，采用750kg的蒸汽锤将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷却至室温后，去除方坯表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并切去冒头，然后采用轧机将方坯轧制成

盘条，将盘条进行机械剥壳，然后在耐酸混凝土酸洗池中使用体积浓度为15%的盐酸进行酸洗15min去锈，之后采用链条式烘干炉，以150℃的烘干温度进行烘干，烘干速度为2m/s，再采用回转式拉丝机进行干法拉丝后卷取，进行热处理后再通过回转式拉丝机干法拉丝，卷取后在质量浓度为70%的硫酸铜溶液中进行化学镀铜，镀铜时间为2s，然后使用IRIS-898镀铜焊丝抛光油进行抛光后卷取，缠绕成直径为3.2mm的焊丝，即焊芯；

其中热处理步骤为：将卷取的焊丝加热至670℃~680℃后自然冷却至常温。

步骤2，制作药皮

按照重量百分比称取15%~20%萤石，2%~4%钛白粉，6%~10%金红石，7%~10%钛铁，4%~7%低碳锰铁，2%~5%硅铁，6%~10%铁粉，2.5%~3%合成云母，1.8%~2.2%混合稀土，2%~2.4%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，

将上述称取的材料和粘结剂一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；其中粘结剂为钠水玻璃，粘结剂加入量为每100g物料粉加入28g~33g。

步骤3，制作焊条

在焊条压涂机中加入步骤2制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制得的焊芯上，然后放入箱式炉中进行逐级升温烘干，就制成X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条，其中逐级升温烘干步骤具体为：先以60℃进行低温烘干8h，然后分别以120℃、180℃、250℃、350℃四个温度段进行高温烘干，每个温度段的烘干时间均为1h。

实施例1

制作焊芯

将专业纯铁和工业纯铁放置在坩埚中央，把石墨、锰铁、硅铁、钼铁和斑铜矿铺放在坩埚内壁四周处，然后将Ni粉铺放在坩埚中部，再在Ni粉上铺满石墨、锰铁、硅铁、钼铁、斑铜矿，将坩埚和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，坩埚中的物质全部溶化形成合金钢液，合金钢液温度达到1540℃，且钢液平静时，停止加热，并冷却排气15min，之后加热进行精炼20min后停止加热，合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，当合金钢液温度下降至1540℃前5min时充入氩气，使炉内气压达到300mmHg，再向合金钢液中加入Ce、B并搅拌2min，当合金钢液温度为1540℃时出钢，冷却至室温得到钢锭，使得钢锭的重量百分比为：0.043%的C，0.3%的Si，1.4%的Mn，1.3%的Ni，0.3%的Mo，0.02%的Ti，0.0015%的B，0.1%的Cu，0.1%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%；

然后将钢锭进行扒皮，采用750kg的蒸汽锤将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷却至室温后，去除方坯表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并切去冒头，然后采用轧机将方坯轧制成

盘条，将盘条进行机械剥壳，然后在耐酸混凝土酸洗池中使用体积浓度为15%的盐酸进行酸洗15min去锈，之后采用链条式烘干炉，以150℃的烘干温度进行烘干，烘干速度为2m/s，再采用回转式拉丝机进行干法拉丝后卷取，进行热处理后再通过回转式拉丝机干法拉丝，卷取后在质量浓度为70%的硫酸铜溶液中进行化学镀铜，镀铜时间为2s，然后使用IRIS-898镀铜焊丝抛光油进行抛光后卷取，缠绕成直径为3.2mm的焊丝，即焊芯；

其中热处理步骤为：将卷取的焊丝加热至670℃后自然冷却至常温。

制作药皮

按照重量百分比称取20%萤石，2%钛白粉，7%金红石，8%钛铁，5%低碳锰铁，4%硅铁，7%铁粉，3%合成云母，2%混合稀土，2%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，将称取的材料和粘结剂一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；其中粘结剂为钠水玻璃，粘结剂加入量为每100g物料粉加入30g。

制作焊条

在焊条压涂机中加入制得的圆柱形药团，并将药团压涂在焊芯上，然后放入箱式炉中进行逐级升温烘干，就制成X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条，其中逐级升温烘干步骤具体为：先以60℃进行低温烘干8h，然后分别以120℃、180℃、250℃、350℃四个温度段进行高温烘干，每个温度段的烘干时间均为1h。

用本实施例制作的焊条焊接X80管线钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：350℃×2h；焊接过程中的层间温度为260℃；焊接电流为140A，焊接电压为30V；焊前须对焊件进行预热：200℃×1h。焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能见表1，扩散氢含量见表2。

表1焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能

表2焊条熔敷金属的扩散氢含量（ml/100g）

试样	№1	№2	№3	平均值
					含量	6.5	5.7	6.1	6.1

熔敷金属金相组织见图1：由图可知，组织主要为针状铁素体+粒状贝氏体，粒状贝氏体呈孤立的小岛，分布在针状铁素体晶界上，组织比较均匀。

实施例2

制作焊芯

将专业纯铁和工业纯铁放置在坩埚中央，把石墨、锰铁、硅铁、钼铁和斑铜矿铺放在坩埚内壁四周处，然后将Ni粉铺放在坩埚中部，再在Ni粉上铺满石墨、锰铁、硅铁、钼铁、斑铜矿，将坩埚和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，坩埚中的物质全部溶化形成合金钢液，合金钢液温度达到1540℃，且钢液平静时，停止加热，并冷却排气15min，之后加热进行精炼20min后停止加热，合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，当合金钢液温度下降至1540℃前5min时充入氩气，使炉内气压达到350mmHg，再向合金钢液中加入Ce、B并搅拌2min，当合金钢液温度为1540℃时出钢，冷却至室温得到钢锭，使得钢锭的重量百分比为：0.02%的C，0.32%的Si，1.3%的Mn，1.35%的Ni，0.33%的Mo，0.024%的Ti，0.0018%的B，0.23%的Cu，0.26%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%；

然后将钢锭进行扒皮，采用750kg的蒸汽锤将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷却至室温后，去除方坯表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并切去冒头，然后采用轧机将方坯轧制成

盘条，将

盘条进行机械剥壳，然后在耐酸混凝土酸洗池中使用体积浓度为15%的盐酸进行酸洗15min去锈，之后采用链条式烘干炉，以150℃的烘干温度进行烘干，烘干速度为2m/s，再采用回转式拉丝机进行干法拉丝后卷取，进行热处理后再通过回转式拉丝机干法拉丝，卷取后在质量浓度为70%的硫酸铜溶液中进行化学镀铜，镀铜时间为2s，然后使用IRIS-898镀铜焊丝抛光油进行抛光后卷取，缠绕成直径为3.2mm的焊丝，即焊芯；

其中热处理步骤为：将卷取的焊丝加热至680℃后自然冷却至常温。

制作药皮

按照重量百分比称取18%萤石，2.2%钛白粉，6%金红石，7.7%钛铁，7%低碳锰铁，3.5%硅铁，6%铁粉，2.5%合成云母，1.8%混合稀土，2.3%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，将称取的材料和粘结剂一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；其中粘结剂为钠水玻璃，粘结剂加入量为每100g物料粉加入28g。

制作焊条

焊条制作过程与实施例1相同。

用本实施例制作的焊条焊接X80管线钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：350℃×2h；焊接过程中的层间温度为260℃；焊接电流为140A，焊接电压为30V；焊前须对焊件进行预热：200℃×1h。焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能见表3，扩散氢含量见表4。

表3焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能

表4焊条熔敷金属的扩散氢含量（ml/100g）

试样	№1	№2	№3	平均值
					含量	6.3	6.5	7.6	6.8

实施例3

制作焊芯

将专业纯铁和工业纯铁放置在坩埚中央，把石墨、锰铁、硅铁、钼铁和斑铜矿铺放在坩埚内壁四周处，然后将Ni粉铺放在坩埚中部，再在Ni粉上铺满石墨、锰铁、硅铁、钼铁、斑铜矿，将坩埚和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，坩埚中的物质全部溶化形成合金钢液，合金钢液温度达到1540℃，且钢液平静时，停止加热，并冷却排气15min，之后加热进行精炼20min后停止加热，合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，当合金钢液温度下降至1540℃前5min时充入氩气，使炉内气压达到250mmHg，再向合金钢液中加入Ce、B并搅拌2min，当合金钢液温度为1540℃时出钢，冷却至室温得到钢锭，使得钢锭的重量百分比为：0.055%的C，0.35%的Si，1.48%的Mn，1.6%的Ni，0.35%的Mo，0.035%的Ti，0.0015%的B，0.25%的Cu，0.3%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%；

然后将钢锭进行扒皮，采用750kg的蒸汽锤将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷却至室温后，去除方坯表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并切去冒头，然后采用轧机将方坯轧制成盘条，将

盘条进行机械剥壳，然后在耐酸混凝土酸洗池中使用体积浓度为15%的盐酸进行酸洗15min去锈，之后采用链条式烘干炉，以150℃的烘干温度进行烘干，烘干速度为2m/s，再采用回转式拉丝机进行干法拉丝后卷取，进行热处理后再通过回转式拉丝机干法拉丝，卷取后在质量浓度为70%的硫酸铜溶液中进行化学镀铜，镀铜时间为2s，然后使用IRIS-898镀铜焊丝抛光油进行抛光后卷取，缠绕成直径为3.2mm的焊丝，即焊芯；

其中热处理步骤为：将卷取的焊丝加热至675℃后自然冷却至常温。

制作药皮

按照重量百分比称取18%萤石，3.8%钛白粉，6.8%金红石，7%钛铁，4.2%低碳锰铁，3.6%硅铁，8%铁粉，3%合成云母，2.2%混合稀土，2.4%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，将称取的材料和粘结剂一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；其中粘结剂为钠水玻璃，粘结剂加入量为每100g物料粉加入33g。

制作焊条

焊条制作过程与实施例1相同。

用本实施例制作的焊条焊接X80管线钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：350℃×2h；焊接过程中的层间温度为260℃；焊接电流为150A，焊接电压为30V；焊前须对焊件进行预热：200℃×1h。焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能见表5，扩散氢含量见表6。

表5焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能

表6焊条熔敷金属的扩散氢含量（ml/100g）

试样	№1	№2	№3	平均值
					含量	6.7	7.0	5.8	6.5

实施例4

制作焊芯

将专业纯铁和工业纯铁放置在坩埚中央，把石墨、锰铁、硅铁、钼铁和斑铜矿铺放在坩埚内壁四周处，然后将Ni粉铺放在坩埚中部，再在Ni粉上铺满石墨、锰铁、硅铁、钼铁、斑铜矿，将坩埚和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，坩埚中的物质全部溶化形成合金钢液，合金钢液温度达到1540℃，且钢液平静时，停止加热，并冷却排气15min，之后加热进行精炼20min后停止加热，合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，当合金钢液温度下降至1540℃前5min时充入氩气，使炉内气压达到350mmHg，再向合金钢液中加入Ce、B并搅拌2min，当合金钢液温度为1540℃时出钢，冷却至室温得到钢锭，使得钢锭的重量百分比为：0.063%的C，0.3%的Si，1.55%的Mn，1.5%的Ni，0.38%的Mo，0.028%的Ti，0.002%的B，0.3%的Cu，0.28%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%；

然后将钢锭进行扒皮，采用750kg的蒸汽锤将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷却至室温后，去除方坯表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并切去冒头，然后采用轧机将方坯轧制成

盘条，将盘条进行机械剥壳，然后在耐酸混凝土酸洗池中使用体积浓度为15%的盐酸进行酸洗15min去锈，之后采用链条式烘干炉，以150℃的烘干温度进行烘干，烘干速度为2m/s，再采用回转式拉丝机进行干法拉丝后卷取，进行热处理后再通过回转式拉丝机干法拉丝，卷取后在质量浓度为70%的硫酸铜溶液中进行化学镀铜，镀铜时间为2s，然后使用IRIS-898镀铜焊丝抛光油进行抛光后卷取，缠绕成直径为3.2mm的焊丝，即焊芯；

其中热处理步骤为：将卷取的焊丝加热至680℃后自然冷却至常温。

制作药皮

按照重量百分比称取15.6%萤石，2.5%钛白粉，7%金红石，7.2%钛铁，6%低碳锰铁，2.6%硅铁，8.4%铁粉，2.5%合成云母，2%混合稀土，2.2%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，将称取的材料和粘结剂一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；其中粘结剂为钠水玻璃，粘结剂加入量为每100g物料粉加入30g。

制作焊条

焊条制作过程与实施例1相同。

用本实施例制作的焊条焊接X80管线钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：350℃×2h；焊接过程中的层间温度为260℃；焊接电流为150A，焊接电压为30V；焊前须对焊件进行预热：200℃×1h。焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能见表7，扩散氢含量见表8。

表7焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能

表8焊条熔敷金属的扩散氢含量（ml/100g）

试样	№1	№2	№3	平均值
					含量	7.1	6.8	7.7	7.2

实施例5

制作焊芯

将专业纯铁和工业纯铁放置在坩埚中央，把石墨、锰铁、硅铁、钼铁和斑铜矿铺放在坩埚内壁四周处，然后将Ni粉铺放在坩埚中部，再在Ni粉上铺满石墨、锰铁、硅铁、钼铁、斑铜矿，将坩埚和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，坩埚中的物质全部溶化形成合金钢液，合金钢液温度达到1540℃，且钢液平静时，停止加热，并冷却排气15min，之后加热进行精炼20min后停止加热，合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，当合金钢液温度下降至1540℃前5min时充入氩气，使炉内气压达到350mmHg，再向合金钢液中加入Ce、B并搅拌2min，当合金钢液温度为1540℃时出钢，冷却至室温得到钢锭，使得钢锭的重量百分比为：0.068%的C，0.2%的Si，1.45%的Mn，1.2%的Ni，0.34%的Mo，0.022%的Ti，0.0018%的B，0.24%的Cu，0.27%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%；

然后将钢锭进行扒皮，采用750kg的蒸汽锤将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷却至室温后，去除方坯表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并切去冒头，然后采用轧机将方坯轧制成盘条，将

盘条进行机械剥壳，然后在耐酸混凝土酸洗池中使用体积浓度为15%的盐酸进行酸洗15min去锈，之后采用链条式烘干炉，以150℃的烘干温度进行烘干，烘干速度为2m/s，再采用回转式拉丝机进行干法拉丝后卷取，进行热处理后再通过回转式拉丝机干法拉丝，卷取后在质量浓度为70%的硫酸铜溶液中进行化学镀铜，镀铜时间为2s，然后使用IRIS-898镀铜焊丝抛光油进行抛光后卷取，缠绕成直径为3.2mm的焊丝，即焊芯；

其中热处理步骤为：将卷取的焊丝加热至680℃后自然冷却至常温。

制作药皮

按照重量百分比称取17.4%萤石，3%钛白粉，8%金红石，8.2%钛铁，5.2%低碳锰铁，3%硅铁，6.5%铁粉，2.8%合成云母，1.8%混合稀土，2.1%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，将称取的材料和粘结剂一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；其中粘结剂为钠水玻璃，粘结剂加入量为每100g物料粉加入30g。

制作焊条

焊条制作过程与实施例1相同。

用本实施例制作的焊条焊接X80管线钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：350℃×2h；焊接过程中的层间温度为260℃；焊接电流为160A，焊接电压为30V；焊前须对焊件进行预热：200℃×1h。焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能见表9，扩散氢含量见表10。

表9焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能

表10焊条熔敷金属的扩散氢含量（ml/100g）

试样	№1	№2	№3	平均值
					含量	6.9	6.6	6.6	6.7

熔敷金属金相组织见图2：由图可知，组织主要为针状铁素体+粒状贝氏体，粒状贝氏体分布在针状铁素体晶界上，组织均匀。

实施例6

制作焊芯

将专业纯铁和工业纯铁放置在坩埚中央，把石墨、锰铁、硅铁、钼铁和斑铜矿铺放在坩埚内壁四周处，然后将Ni粉铺放在坩埚中部，再在Ni粉上铺满石墨、锰铁、硅铁、钼铁、斑铜矿，将坩埚和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，坩埚中的物质全部溶化形成合金钢液，合金钢液温度达到1540℃，且钢液平静时，停止加热，并冷却排气15min，之后加热进行精炼20min后停止加热，合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，当合金钢液温度下降至1540℃前5min时充入氩气，使炉内气压达到350mmHg，再向合金钢液中加入Ce、B并搅拌2min，当合金钢液温度为1540℃时出钢，冷却至室温得到钢锭，使得钢锭的重量百分比为：0.065%的C，0.36%的Si，1.7%的Mn，1.22%的Ni，0.2%的Mo，0.02%的Ti，0.003%的B，0.23%的Cu，0.2%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%；

然后将钢锭进行扒皮，采用750kg的蒸汽锤将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷却至室温后，去除方坯表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并切去冒头，然后采用轧机将方坯轧制成

盘条，将

盘条进行机械剥壳，然后在耐酸混凝土酸洗池中使用体积浓度为15%的盐酸进行酸洗15min去锈，之后采用链条式烘干炉，以150℃的烘干温度进行烘干，烘干速度为2m/s，再采用回转式拉丝机进行干法拉丝后卷取，进行热处理后再通过回转式拉丝机干法拉丝，卷取后在质量浓度为70%的硫酸铜溶液中进行化学镀铜，镀铜时间为2s，然后使用IRIS-898镀铜焊丝抛光油进行抛光后卷取，缠绕成直径为3.2mm的焊丝，即焊芯；

其中热处理步骤为：将卷取的焊丝加热至680℃后自然冷却至常温。

制作药皮

按照重量百分比称取16%萤石，2.7%钛白粉，7.8%金红石，8.5%钛铁，5.2%低碳锰铁，2.3%硅铁，6%铁粉，2.6%合成云母，1.9%混合稀土，2%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，将称取的材料和粘结剂一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；其中粘结剂为钠水玻璃，粘结剂加入量为每100g物料粉加入30g。

制作焊条

焊条制作过程与实施例1相同。

用本实施例制作的焊条焊接X80管线钢，焊接工艺参数是：焊接试样时焊条需要预热，其预热温度为：350℃×2h；焊接过程中的层间温度为260℃；焊接电流为160A，焊接电压为30V；焊前须对焊件进行预热：200℃×1h。焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能见表11，扩散氢含量见表12。

表11焊条熔敷金属的力学性能和工艺性能

表12焊条熔敷金属的扩散氢含量（ml/100g）

试样	№1	№2	№3	平均值
					含量	5.9	6.2	6.8	6.3

Claims (9)

1.一种X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条，包括焊芯和药皮，其特征在于，所述药皮按重量百分比由以下材料组成：15%~20%萤石，2%~4%钛白粉，6%~10%金红石，7%~10%钛铁，4%~7%低碳锰铁，2%~5%硅铁，6%~10%铁粉，2.5%~3%合成云母，1.8%~2.2%混合稀土，2%~2.4%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%；

所述焊芯按重量百分比由以下组分组成：0.02%~0.08%的C，0.2%~0.4%的Si，1.3%~1.8%的Mn，1.2%~1.6%的Ni，0.2%~0.45%的Mo，0.01%~0.035%的Ti，0.0015%~0.005%的B，0.1%~0.3%的Cu，0.1%~0.3%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%。

2.根据权利要求1所述的焊条，其特征还在于，所述混合稀土由以下组分组成：20%的氧化钇，20%的氧化铈，60%的氧化镧。

3.一种权利要求1所述焊条的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1，制作焊芯

1）将专业纯铁和工业纯铁放置在坩埚中央，把石墨、锰铁、硅铁、钼铁和斑铜矿铺放在坩埚内壁四周处，然后将Ni粉铺放在坩埚中部，再在Ni粉上铺满石墨、锰铁、硅铁、钼铁、斑铜矿，将坩埚和坩埚中的物质一起放入感应炉中进行冶炼，坩埚中的物质全部溶化形成合金钢液，合金钢液温度达到1540℃，且钢液平静时，停止加热，并冷却排气15min，之后加热进行精炼20min后停止加热，合金钢液温度降到1550℃加入Ti粉，当合金钢液温度下降至1540℃前5min时充入氩气，使炉内气压达到250~350mmHg，再向合金钢液中加入Ce、B并搅拌2min，当合金钢液温度为1540℃时出钢，冷却至室温得到钢锭，使得钢锭的重量百分比为：0.02%~0.08%的C，0.2%~0.4%的Si，1.3%~1.8%的Mn，1.2%~1.6%的Ni，0.2%~0.45%的Mo，0.01%~0.035%的Ti，0.0015%~0.005%的B，0.1%~0.3%的Cu，0.1%~0.3%的Ce，控制杂质S<0.01%，P<0.02%，余量为Fe，以上各组分的重量百分比之和为100%；

2）将钢锭进行扒皮，采用750kg的蒸汽锤将扒皮之后的钢锭锻造成方坯，等锻坯冷却至室温后，去除方坯表面黑皮以及裂纹等表面缺陷，并切去冒头，然后采用轧机将方坯轧制成盘条，拉拔后即得焊芯；

步骤2，制作药皮

按照重量百分比称取15%~20%萤石，2%~4%钛白粉，6%~10%金红石，7%~10%钛铁，4%~7%低碳锰铁，2%~5%硅铁，6%~10%铁粉，2.5%~3%合成云母，1.8%~2.2%混合稀土，2%~2.4%微晶纤维，余量为大理石，以上各组分的重量百分比之和为100%，

将上述称取的材料和粘结剂一起放入混料机中混合15分钟，然后将混合后的药粉放入压团机中压成圆柱形药团；

步骤3，制作焊条

在焊条压涂机中加入步骤2制得的圆柱形药团，并将药团压涂在步骤1制得的焊芯上，然后放入箱式炉中进行逐级升温烘干，就制成X80管线钢在线焊接用低氢碱性焊条。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1中焊丝的拉拔步骤为：将

盘条进行机械剥壳，然后在耐酸混凝土酸洗池中酸洗15min去锈，之后采用链条式烘干炉，以150℃的烘干温度进行烘干，烘干速度为2m/s，再采用回转式拉丝机进行干法拉丝后卷取，进行热处理后再通过回转式拉丝机干法拉丝，卷取后在质量浓度为70%的硫酸铜溶液中进行化学镀铜，镀铜时间为2s，然后进行抛光后卷取，缠绕成直径为3.2mm的焊丝。

5.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，酸洗去锈中使用的酸为体积浓度为15%的盐酸。

6.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热处理步骤为：将卷取的焊丝加热至670℃~680℃后自然冷却至常温。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，抛光时使用IRIS-898镀铜焊丝抛光油进行抛光。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2中粘结剂为钠水玻璃，粘结剂加入量为每100g物料粉加入28g~33g。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3中所述逐级升温烘干步骤具体为：先以60℃进行低温烘干8h，然后分别以120℃、180℃、250℃、350℃四个温度段进行高温烘干，每个温度段的烘干时间均为1h。

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