一种高强度连续管用气保焊丝

摘要

本发明公开了一种高强度连续管用气保焊丝，焊丝的化学成分按质量百分数为：C：0.04‑0.08％；Si：0.25‑0.45％；Mn：0.8‑1.6％；P：≤0.008％；S：≤0.005％；Cu：0.1‑0.3％；Cr：0.6‑1.2％；Ni：1‑3％；Ti：0.05‑0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。采用纯氩气或混合气体做保护气体，焊丝熔敷金属的抗拉强度Rm≥880Mpa，屈服强度≥810Mpa，延伸率≥14％，硬度≤333HV，‑30℃夏比韧性冲击值≥85J，适用于屈服强度为110‑130ksi的高强度连续管在生产过程中的钢带对接及作业现场的管管对接。

权利要求

1.一种高强度连续管用气保焊丝，其特征在于：所述气保焊丝的化学成分按质量百分数为：C：0.04-0.08％；Si：0.25-0.45％；Mn：0.8-1.6％；P：≤0.008％；S：≤0.005％；Cu：

0.1-0.3％；Cr：0.6-1.2％；Ni：1-3％；Ti：0.05-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质；采用纯氩气或混合气体做保护气体，所述焊丝熔敷金属的抗拉强度Rm≥880Mpa，屈服强度≥

810Mpa，延伸率≥14％，硬度≤333HV，-30℃夏比韧性冲击值≥85J。

2.根据权利要求1所述的高强度连续管用气保焊丝，其特征在于：所述焊丝与高强度连续管卷板匹配进行钢带对接焊或管-管对接焊，焊缝的抗拉强度Rm≥950Mpa，焊缝区域的组织为针状铁素体、针状贝氏体、马氏体和残余奥氏体的多相组织，焊缝硬度≤345HV。

3.根据权利要求1所述的高强度连续管用气保焊丝，其特征在于：所述化学成分经过冶炼钢水，保护浇铸成连铸坯，随后放入加热炉加热、经高速无扭转轧机轧制成直径为3-6mm的盘条，盘条经剥壳-酸洗-拉拔-镀铜制成直径为0.8-1.6mm的焊丝。

说明书

一种高强度连续管用气保焊丝

技术领域:

[0001] 本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种适用于屈服强度为110-130ksi的高强度连续管用气体保护焊焊丝。背景技术：

[0002] 连续管(Coiled Tubing，简称CT)是一种缠绕在卷筒上，可从油井中连续下入或起出的长度达数千米的油气管材，可以代替常规螺纹连接油管进行很多作业。连续管在油气田勘探开发中发挥着越来越重要的作用，广泛应用于油田修井、钻井、完井、测井、采油采气等领域。

[0003] 随着我国石油天然气工业发展的不断深入，深层油气资源和页岩气等非常规油气资源所占比重日益增大，许多油气井工程难题将显现出来。主要包括：1)一些区域油气井集深井、高压、高温于一体；2)为了提高油气开采效率，国内外大量采用水平井，且水平段长度呈增加趋势；3)大管径、高钢级、大长度连续管使用增多，受到运输限制，单盘大管径连续管长度往往不能满足现场作业需求，需要在作业现场对2盘连续管进行管管环焊对接使用。因此，对连续管的强度、承内外压能力、疲劳性能提出了更高要求，需要屈服强度为110ksi及110ksi以上高强度连续管才能满足作业需求。

[0004] 连续管产品单根长度在数千米，在生产过程中必须首先进行带钢对接，使钢带具有足够的长度，这种板板对接方法一般需要气保焊丝。同理，连续管进行管管对接焊，也需要气保焊丝。由于连续管作业方式及工作环境的特殊性，焊接接头的质量对连续管的服役安全性具有重要影响，而连续管专用焊丝对保证焊接接头的质量至关重要。中国专利CN101134274A公开的“连续管用高强度气体保护焊焊丝”，适用于屈服强度在500-560MPa，抗拉强度在550-630MPa级别连续管的生产及作业现场的板板、管管对接，但是该专利中焊丝强度偏低，不能满足屈服强度为110ksi及110ksi以上高强度连续管在生产过程中的钢带对接及作业现场的管管环焊对接。申请号为201310248542.6名称为高强度钢的气体保护电弧焊用实心焊丝，该焊丝适用于780MPa级高强度钢且具有好的低温韧性。本发明高强度连续管专用焊丝与该专利不同，是针对连续管生产中以及现场管管对接应用中而设计的。发明内容：

[0005] 本发明的目的在于提供一种高强度连续管用气保焊丝，适用于屈服强度为110-130ksi的高强度连续管在生产过程中的钢带对接及作业现场的管管对接，在保证焊缝金属强度的同时，具有良好的韧性及工艺性能。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高强度连续管用气保焊丝，焊丝的化学成分按质量百分数为：C：0.04-0.08％；Si：0.25-0.45％；Mn：0.8-1.6％；P：≤0.008％；S：≤0.005％；Cu：0.1-0.3％；Cr：0.6-1.2％；Ni：1-3％；Ti：0.05-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。

[0007] 焊丝及焊缝金属中的元素添加理由详述如下：

[0008] C：大于0.04％且小于0.08％

[0009] 碳(C)作为焊缝组织中的主要强化元素，对焊缝的强度和韧性具有较大的影响。C含量较低时，焊缝强度较低，因此C含量不宜过低，但过高的C含量会降低钢的塑性和韧性，恶化焊接性，增加冷裂倾向，所以C含量也不宜过高。为保证良好的焊接性能，达到较好的强塑性匹配，C的设计范围为0.04-0.08％。

[0010] Si：大于0.25％且小于0.45％

[0011] 硅(Si)是气保焊丝和焊缝金属中不可或缺的元素。其一是焊缝金属中的脱氧元素，二是能通过固溶强化提高焊缝金属的强度，三是可以提高焊缝金属流动性。但Si含量超过0.6％时，会影响焊接接头的韧性，因而将其限定在0.25-0.45％。

[0012] Mn：大于0.8％且小于1.6％

[0013] 锰(Mn)具有良好的脱氧和脱硫的作用，也是良好的固溶强化元素，可弥补由于碳含量减少而引起的强度不足，提高焊缝的强度及淬透性。但Mn高于2.0％时，焊缝中易形成淬硬组织，导致焊缝韧性降低，并增加焊缝的裂纹敏感性，因此优选Mn含量为0.8-1.6％。

[0014] P：0.008％以下

[0015] 磷(P)是杂质元素，会降低焊缝金属的塑性和韧性，同时增加焊缝热裂纹敏感性。本发明中通过优化冶金过程，将P含量控制在0.008％以下。

[0016] S：0.005％以下

[0017] 硫(S)是极为有害的元素，在焊接过程中易生成低熔点的化合物，是造成焊缝热烈的主要原因，同时也对焊缝金属的韧性非常不利，因此含量越少越好，本发明S含量目标控制在0.005％以下。

[0018] Cu：大于0.1％且小于0.3％

[0019] 铜(Cu)能提高焊缝的强度和韧性，能提高耐腐蚀性能，尤其是抗大气腐蚀性能。但Cu含量超过0.5％时，塑性显著降低，Cu含量过高会增加焊缝的热脆性，本发明Cu的设计范围为0.1-0.3％。

[0020] Cr：大于0.6％且小于1.2％

[0021] 铬(Cr)具有显著的固溶强化效果，可以弥补由于C、Mn降低引起的强度下降，提高焊缝金属的抗拉强度；同时Cr可以提高焊接后焊缝的耐蚀性能，但含量多时，易产生淬硬组织，综合考虑高强度连续管母材化学成分，本发明Cr的设计范围为0.6-1.2％。

[0022] Ni：大于1％且小于3％

[0023] 镍(Ni)能通过晶粒细化和固溶强化提高焊缝的强度，又能保持良好的塑性和韧性，提高对疲劳的抗力和减少对缺口的敏感性。但过高的Ni含量会降低焊缝技术的流动性，对焊接成形不利，也易造成焊缝夹渣、气孔等缺陷。本发明Ni的设计范围为1-3％。

[0024] Ti：大于0.05％且小于0.15％

[0025] 钛(Ti)是强脱氧剂、脱氮剂，适量的Ti能在焊缝中形成细小、难溶且弥散的化合物(TiO，TiN)质点，促进针状铁素体形核，细化焊缝组织，有效增加焊缝的强度及韧性。但过高的Ti含量会使焊缝韧性降低，且会使钢液粘稠，不利于炼钢的连铸过程。考虑焊接过程的烧损，本发明Ti的设计范围为0.05-0.15％。

[0026] 本发明的有益效果：

[0027] 1、本发明焊丝与高强度连续管卷板匹配进行钢带对接焊或管-管对接焊，得到的焊缝性能为：焊缝的抗拉强度Rm≥950Mpa；焊缝区域的组织为针状铁素体、针状贝氏体、马氏体和残余奥氏体的多相组织，焊缝硬度≤345HV。

[0028] 2、熔敷金属试验的力学性能：采用纯氩气或混合气体做保护气体，焊丝熔敷金属的抗拉强度Rm≥880Mpa，屈服强度≥810Mpa，延伸率≥14％，硬度≤333HV，-30℃夏比韧性冲击值≥85J。

[0029] 3、本焊丝适用于屈服强度为110-130ksi的高强度连续管，进行制造过程的钢带对接，以及作业现场的管管环焊对接，在保证焊缝金属强度的同时，具备一定的韧性及工艺性能，满足管材整体的承压及疲劳性能。具体实施方式:

[0030] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0031] 本发明按所设计的焊丝化学成分，冶炼出成分符合要求的钢水，经保护浇铸成连铸坯，随后放入加热炉加热、经高速无扭转轧机轧制成直径3-6mm盘条，盘条经剥壳-酸洗-拉拔-镀铜制成直径为0.8-1.6mm的成品焊丝。

[0032] 实施例1：

[0033] 采用上述方法制得直径1.2mm气保焊丝，经化验分析其焊丝成份如表1，焊丝熔敷金属试验力学性能如表2。

[0034] 表1直径为1.2mm气保焊丝的化学成分

[0035]

[0036] 表2直径为1.2mm气保焊丝的熔敷金属试验力学性能

[0037]

[0038] 该焊丝进行屈服强度为110ksi钢级连续管钢带对接焊，具有良好的工艺性能。焊接过程用纯氩气或混合气体保护，焊缝质量稳定，焊道规整不易出现咬边、气孔等焊接缺陷。钢带对接焊缝的拉伸性能、弯曲性能、硬度均满足生产要求。

[0039] 实施例2：

[0040] 采用上述方法制得直径1.0mm气保焊丝，经化验分析其焊丝成份如表3，焊丝熔敷金属试验力学性能如表4。

[0041] 表3直径为1.0mm气保焊丝的化学成分

[0042]

[0043] 表4直径为1.2mm气保焊丝的熔敷金属试验力学性能

[0044]

[0045] 该焊丝进行屈服强度为130ksi钢级连续管的全位置自动焊管-管对接，具有良好的工艺性能。焊接过程用纯氩气进行焊接保护，进行多层、多道填丝焊接，焊接层数根据连续管壁厚及规格进行调整，经焊后特殊工艺处理，焊缝性能满足现场作业需求，焊缝质量稳定、重复性好。