N80Q鋼級焊接性研究及評定

胡定榮，包東力，楊為民，任武化，王鐸

青海油田機械廠 甘肅酒泉 736202

本單位生產N80Q鋼級的套管，庫存有大量棄用的N80Q鋼級管材。2018年單位成立井口密封器項目，需要大量20管材。用庫存N80Q管材替代成為當務之急，相應的N80Q鋼級的焊接性研究也提上日程。

1 N80Q鋼材料性能分析

1.1 化學成分

對N80Q鋼級的焊接性相關研究領域，國內存在著空白。先從其化學成分復驗開始。N80Q化學元素分析依據檢測標準API SPEC 5CT—2011，化學成分見表1。

表1 化學成分（質量分數） （%）

1.2 力學性能和工藝性能

N80Q力學性能和工藝性能分析依據檢測標準API SPEC 5CT—2011。力學性能和工藝性能分析見表2。拉伸試驗的試件規格為φ139.7mm×9.17mm。

1.3 碳當量和冷裂紋敏感指數分析

通過計算得出N80Q的碳當量CE=0.589%＞0.5%，冷裂紋指數Pw=0.46＞0，有一定的淬硬組織，冷裂紋傾向敏感，焊接性比較差[1－2]。

2 焊接工藝評定

綜合考慮N80Q的焊接性，制定焊接工藝時，應降低焊接接頭的焊接應力、控制淬硬組織的產生，并設法減少焊縫中擴散氫的含量。

2.1 預熱溫度

通過計算確定焊接時預熱溫度為180℃，層間溫度均保持在180~200℃。

2.2 焊前準備

1）將坡口兩側20mm的范圍內用拋光機將鐵銹、油污及雜物清理干凈。

2）接頭形式采用管對接接頭進行工藝評定。

3） 焊工資質及焊接設備。具有相應焊接資質的焊工擔任焊接。焊接設備選用ZX7-400S逆變式焊機。

表2 力學性能和工藝性能分析

4）焊接材料的選用。為了保證具有與產品技術條件相匹配的力學性能，選用E8015-G低氫焊條和ER76-1焊絲。焊條烘干溫度350℃，烘干1h。此類焊條盡量使用多少烘干多少，切不可重復烘干。焊條的領取和發放嚴格按使用規定發放，使用時焊條存放在保溫筒中，隨用隨取。

2.3 焊接環境

為了保證焊接的順利進行，此焊接在廠房內進行。環境溫度20℃以上，風速＜10m/s，廠房相對濕度＜20%。

2.4 焊接方法及焊接順序

焊接方法采用氬弧焊打底，焊條電弧焊填充和蓋面，即單面焊接雙面成形法。焊完每一層，采用拋光機和鋼絲刷將焊道內藥渣及飛濺清理干凈。各焊層焊道的接頭應盡量錯開。

2.5 預熱溫度

焊前預熱可以有效地降低冷卻速度，防止冷裂紋產生，從而改善接頭的組織，并有利于氫的析出，是生產中最常用的一種方法。我們采用電腦溫度控制儀器進行電阻絲加熱，當溫度達到260℃時開始焊接。

2.6 層間溫度的控制

焊接過程中，繼續采用電腦溫度控制儀器進行電阻絲加熱，保證層間溫度在260~270℃之間，并用紅外線測溫儀器測定焊道，保證焊道的溫差在±10℃之間。

2.7 焊接熱輸入的確定

由于N80Q的焊接性，制定焊接工藝時，應降低焊接接頭的焊接應力，控制淬硬組織的產生，設法減少焊縫中擴散氫的含量，采用小的熱輸入，減少粗晶區NbC的固溶分解及晶粒長大，防止冷卻速度過大而出現淬火組織，提高塑性和韌性。焊接時適當選擇小電流、低電弧電壓和適當提高焊接速度來控制焊接熱輸入，同時焊接時采用多層多道焊法，焊條盡量不擺動。

2.8 焊后熱處理

用罩式熱處理爐進行焊后熱處理，淬火溫度（8 5 0±1 0）℃，保溫2 h，回火溫度（560±20）℃，保溫3h。

2.9 焊接參數

焊接工藝評定所用焊接參數見表3。

3 焊后檢測

3.1 外觀檢測

熱處理后，試件外觀檢測合格，并進行RT檢測，Ⅰ級合格。

表3 焊接參數

表4 力學性能檢測結果

3.2 力學性能檢測

按照《鋼結構焊接規范》（AW S D1.1/D1.1M—2015）執行。主要評定縮減斷面拉伸試樣2件，面彎試樣2件，背彎試樣2件。力學性能檢測結果見表4。

4 結束語

N80Q焊接工藝評定合格后，在井口密封器項目中用庫存N80Q管材成功替代20管材，既保證了產品質量，又創造了新的經濟增長點。