微合金X80管线钢焊接热影响粗晶区韧性与显微组织

利用Gleeble-1500模拟实际焊接条件下三丝纵列焊接热循环过程,通过冲击试验、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电子背散射衍射(EBSD)对微合金X80管线钢焊接热影响粗晶区(CGHAZ)的显微组织、马/奥组元(M/A)分布及形态、冲击韧性和室温组织粗化程度进行了研究。结果表明,随奥氏体稳定性元素含量的降低,CGHAZ平均晶粒尺寸无明显变化,但晶粒尺寸离散度增加;原奥氏体向贝氏体转变温度升高,晶界渗碳体含量增加,且粒状贝氏体的晶粒取向选择过于单一,大角度晶界(15°)密度显著降低;M/A组元由块状向长条状转变且数量明显减少。上述原因使微合金X80管线钢焊后热影响粗晶区冲击韧性离散性增加。     

不同成分X80管线钢焊接接头组织性能研究

利用多丝埋弧焊设备模拟制管过程的焊接工艺进行了不同成分X80管线钢双丝埋弧焊焊接试验,通过拉伸、冲击试验检测了接头的力学性能,通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电子背散射衍射(EBSD)分析了不同成分X80管线钢焊接接头的显微组织、马/奥组元(M/A)分布及形态。结果表明:随着合金含量降低,经济型X80管线钢接头的冲击韧性离散度增大。热影响区晶粒尺寸离散度增加,晶粒取向单一,大角度晶界(15°)密度显著降低是经济型X80管线钢焊接热影响区冲击韧性离散性增加主要原因。     

元素Nb对TiNbV微合金钢CGHAZ组织与冲击韧性影响

利用焊接热模拟研究Nb元素含量对TiNbV微合金钢焊接热影响粗晶区(CGHAZ)组织和性能的影响. 低铌钢和高铌钢在经历焊接热循环后微观组织构成及晶粒尺寸有显著差异. Nb元素含量为0.005%时焊接CGHAZ组织为铁素体和针状铁素体以及珠光体,大角度晶界和小角度晶界的晶粒比例相当,焊接CGHAZ晶粒尺寸粗大不均匀. 随着Nb元素含量的增加,大角度晶界的晶粒数量有所增加,晶粒得到细化. 但是,针状铁素体形成受到抑制,CGHAZ中贝氏体含量增加. 微合金钢中贝氏体的形成对焊接CGHAZ冲击韧性的下降起主导作用,Nb元素的含量控制在合适范围内(~ 0.02%),才可以保证CGHAZ具有良好的冲击韧性.     

Nb含量和热输入量对X80管线钢焊接粗晶区的影响

以工业含铌X80管线钢为对象,研究了不同Nb含量条件下,焊接热影响区粗晶区中的原奥氏体晶粒和析出的状态;通过对焊接热影响区中粗晶区的热模拟实验,研究了不同热输入下,高Nb管线钢焊接粗晶区的晶粒粗化、显微组织演变、及大角晶界分布等情况。结果表明,高Nb钢的粗晶区范围更窄,粗晶区内的晶粒尺寸更小;经过双道焊的热循环后,高Nb钢粗晶区的析出尺寸更小,没有对韧性有害的大尺寸析出。此外,原奥氏体晶粒的粗化,以及显微组织中大角晶界密度的下降,明显降低了高Nb管线钢焊接粗晶区的韧性。     

X80管线钢焊接热影响区组织和性能分析

采用焊接热模拟技术和金相显微组织分析技术,对首钢研制开发的X80热轧板卷在不同焊接热循环下的组织和力学性能变化规律进行了深入分析.结果表明,粗晶热影响区是X80管线钢焊接热影响区中冲击韧性较差的区域,存在严重脆化.粗晶热影响区脆化是由于晶粒的粗化以及粒状贝氏体、上贝氏体、M-A组元等非平衡中低温转变产物数量增多造成的,且其冲击韧性随着t8/5的增加而降低.细晶热影响区是X80管线钢焊接热影响区的软化区域,软化程度随着焊接热输入的增加而增加.     

Nb含量对X80管线钢环焊接头热影响区韧性的影响

采用热膨胀仪、光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等研究了不同Nb含量对X80管线钢环焊接头热影响区中不同位置的显微组织、大角度晶界分布及韧性的影响。结果表明：高Nb钢(0.055%Nb)中较多固溶的Nb降低了γ→α的转变温度，促进了粒状贝氏体形成。0.055%Nb钢中的临界粗晶热影响区(ICCGHAZ)及亚临界粗晶热影响区(SCGHAZ)韧性显著恶化。ICCGHAZ韧性降低的原因是原奥氏体晶界上形成尺寸较大的链状M/A组元所致，而SCGHAZ则是由于有效晶粒尺寸变大、显微组织中大角度晶界数量降低，以及贝氏体板条束边界上尺寸较大的M/A组元所致。较高的合金含量引起的亚稳奥氏体中碳含量升高是导致0.055%Nb试验钢韧性降低的主要原因。     

抗变形X100管线钢模拟焊接热影响区的组织与韧性研究

采用Gleeble-3800热模拟机研究了多相抗变形x100高Nb含量管线钢的焊接性能,利用金相显微技术(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)对模拟焊接热影响区的组织进行了表征,结合示波冲击及微观硬度实验结果分析了影响模拟焊接热影响粗晶区(CGHAZ)的低温韧性及热影响区硬度与组织之间的关系.研究表明,高Nb抗变形X100管线钢单道次焊接热输入小于20 kJ/cm时的CGHAZ具有较高韧性,形成大角晶界密度较高的板条贝氏体或针状铁素体;焊接热输入大于等于25 kJ/cm会导致CGHAZ晶粒均匀性的恶化,使M/A组元粗化,并形成取向单一的粗大粒状贝氏体;示波冲击实验及SEM断口分析显示,粗大的M/A组元处极容易启裂,高的大角晶界密度可显著提高裂纹扩展功,使材料韧化.同时,为保证焊接热影响区不过度软化,以及高硬度产生抗氢致延迟破坏,单道次的焊接热输入以15—20 kJ/cm为宜.     

焊接热输入对低合金高强度船板钢热影响区组织和性能的影响

以低合金高强度船板钢为研究对象,分析焊接热输入对粗晶热影响区(CGHAZ)组织及力学性能的影响。结果表明,当热输入较小时,粗晶热影响区组织为板条马氏体、板条贝氏体和少量针状铁素体,硬度和冲击韧性都较高;当热输入为100 kJ/cm时,组织为板条贝氏体、粒状贝氏体和大量由原奥氏体晶界向晶内生长的铁素体;随着热输入的增加,板条贝氏体逐渐减少,粒状贝氏体增加,且组织不断粗化,硬度和冲击韧性逐渐降低;当热输入为250 kJ/cm时,组织主要是粒状贝氏体、由晶界向晶内生长的铁素体和晶界铁素体,此时的CGHAZ组织与热输入较小时相比发生了明显的粗化,冲击韧性进一步降低。     

热输入对X70管线钢焊接热影响区组织和韧性的影响

管线钢焊接突出的问题是热影响区晶粒粗化会导致接头韧性下降。利用热模拟技术和超窄间隙焊接方法对X70管线钢进行试验,得到了不同热输入下焊接热影响区粗晶区的组织,并测试了其韧性。结果表明,在室温下,当热输入低于8 k J/cm时,以板条贝氏体和少量针状铁素体组织为主,原奥氏体晶粒尺寸小于48μm,韧性与母材相当;高于8 k J/cm时,随着热输入增加,板条贝氏体和针状铁素体逐渐减少,原奥氏体晶粒逐渐长大,韧性开始急剧下降。分析认为,对于这类C含量低的管线钢,板条贝氏体的形成并不会导致韧性降低,原奥氏体晶粒不断长大才是造成韧性下降的主要原因。采用超窄间隙焊接方法,可以有效缩短高温停留时间,防止原奥氏体晶粒长大,从而避免焊接热影响区粗晶区的韧性下降。     

高强钢金属芯焊丝E120C-K4熔敷金属粗晶区显微组织对冲击韧性的影响

采用焊接热模拟通过改变冷却时间(t_8/5),研究了金属芯焊丝E120C-K4多道焊熔敷金属模拟粗晶区(CGHAZ)显微组织对冲击韧性的影响规律. 结果表明,当t_8/5为6 ~ 12 s时,CGHAZ显微组织由蜕化上贝氏体、粒状贝氏体和针状铁素体组成,奥氏体晶粒内部形成复相分割结构,冲击韧性最好. 而当t_8/5为30 ~ 120 s时CGHAZ显微组织主要由粒状贝氏体和针状铁素体组成,冲击韧性下降. t_8/5为120 s时,冲击韧性最差,–40 ℃冲击吸收能量仅为24 J. t_8/5为6 ~ 12 s时韧性改善的关键是形成复相分割微观结构;晶粒细小;单位距离上大角度晶界数量多.     

焊接热输入对X100管线钢粗晶区组织及性能的影响

采用热模拟技术、显微分析方法和力学性能测试等手段,对X100管线钢在不同焊接热输入下粗晶区的组织及性能的变化规律进行了研究.结果表明,随着焊接热输入的增加,X100管线钢的强韧性降低.当热输入为10kJ/cm左右时,焊接粗晶热影响区的显微组织以贝氏体铁素体和粒状贝氏体为主,这种组织赋予材料以最佳的强韧性水平;当热输入为20kJ/cm左右时,焊接粗晶热影响区的显微组织以粒状贝氏体和准多边形铁素体为主,材料有较好的强韧配合;而当热输入大于30kJ/cm时,由于多边形铁素体增多,材料的强韧性降低.因此可将10～20kJ/cm作为X100管线钢的推荐热输入.     

焊接热循环对X80管线钢粗晶区韧性和组织的影响

利用焊接热模拟技术、光学金相、透射电子显微镜和示波冲击韧度试验、断裂韧度试验研究了焊接热循环对X80管线钢粗晶区韧性和组织的影响。试验结果表明,在六种热循环参数下,X80管线钢模拟粗晶区具有不同的显微组织,当焊接热循环参数较小时,以下贝氏体和板条马氏体为主,随着热循环参数的增大,以粒状贝氏体为主,且其中的M—A岛的形态由细短条状转变成大长条状或大块状,分布由晶界转向晶内,同时数量增多,韧性恶化。     

X80管线钢焊接热影响区的韧性分析

X80管线钢在焊接过程中,热影响区由于受到焊接过程热的作用,其组织和性能会发生较大的变化.韧性是天然气长输管线的重要性能,采用热模拟技术、现代工程测试手段和显微分析方法,分析了不同热输入参数下X80管线钢焊接热影响区粗晶区(CGHAZ)韧性(夏比冲击功和CTOD)的差异及其原因.在一定范围内,较高焊接热输入下CGHAZ的韧性比较低热输入下CGHAZ的韧性明显高,超过一定范围,随着热输入的增加韧性激剧下降.造成不同热输入下韧性差异的根本原因是由CGHAZ显微组织的差异引起的.较低的热输入下CGHAZ中产生了一定量的低碳马氏体,从而导致韧性较差.     

焊接热输入对超低碳贝氏体钢热影响区CGHAZ组织性能影响

为探索不同焊接热输入对超低碳贝氏体钢焊接接头热影响区(CGHAZ)粗晶区显微组织和冲击性能的影响,采用Gleeble 3500热模拟试验机模拟不同热输入,研究热输入对Q420q EN钢接头热影响区粗晶区的显微组织和冲击韧性的影响,并采用扫描电镜、示波冲击和透射电镜等技术对钢热影响区粗晶区进行了表征。结果表明,随着焊接热输入的变化,热影响区粗晶区的显微组织变化明显,板条贝氏体和粒状贝氏体的含量发生相应变化;同时,随着焊接热输入由18 kJ/cm增加到30 kJ/cm,接头热影响区粗晶区在-20℃下的冲击韧性先增加后减小。     

Influence of Ti/N ratio on simulated CGHAZ microstructure and toughness in X70 steels

Abstract

Three API 5L X70 steels with different Ti and N contents and otherwise identical chemistry were selected to investigate the effect of Ti/N ratio on the toughness in coarse grained heat affected zone (CGHAZ). A Gleeble 3500 thermomechanical simulator was used to simulate the thermal profile of CGHAZ of double submerged arc welding process. The microstructure was examined by optical microscopy. Statistics of CGHAZ grain coarsening were compiled by measuring the prior austenite grain size. Toughness of the simulated CGHAZ regions was evaluated by Charpy V-notch testing at ?20 and ?40°C. Morphology of the impact fracture surface was investigated using SEM. Steel B with Ti/N ratio of 3·22 (slightly below stoichiometric) showed slightly higher toughness in the simulated CGHAZ due to higher volume fraction of austenite grains less than 80 μm in diameter.     

Influence of Welding Thermal Cycle on Microstructure and Properties in Heat-affected Zone of X80 Pipeline Steel

Single welding thermal–cycles with different input linear energies (ILE)(15, 20, 30, 40, 50 kJ/cm) and peak temperatures (PT) (900, 1050, 1200, 1300, 1350 ℃) were simulated by MMS-300 to study the correlation of toughness and microstructure in heat-affected zone (HAZ) of a X80 pipeline. The evolution characteristics of microstructure were investigated by OM, SEM and EBSD. The results show that numerous polygonal ferrites and grain boundary ferrites appear, and the sizes apparently decrease as the heat input decreases. Heat input in single welding should be less than 35 kJ/cm to ensure well Charpy impact toughness. The toughness of course grain zone is the lowest when welding heating temperature is 1350 ℃ and it is the weakness part in welded zone. The uniformity of prior austenite grain is worsened as increasing the heat input. Moreover, the characteristics of M-A constituents and high angle grain boundaries (HAGB) are influenced by heat input and PT. In the case of low heat input and PT, higher density of HAGBs, dispersed and fine M-A constituents were observed. Otherwise, with high heat input (≥40 kJ/cm), the effective grain size is almost the diameter of prior austenite grain, and it will decrease the density of HAGB, moreover, coarse M-A constituents which are prone to crack initiation will be generated, thus, the impact toughness of the coarse grain zone will be worsened obviously in welding HAZ.     

热循环对高铌管线钢焊接热影响区冲击韧性的影响

采用Gleeble-3500型热模拟试验机,研究了焊接热循环对Mn-Mo-Nb和高铌 HTP X80管线钢焊接热影响区(HAZ)冲击韧性的影响.结果表明,随焊接热输入量的增加,两种X80管线钢粗晶HAZ的冲击韧性均降低,但在相同的焊接热输入条件下,高Nb钢粗晶HAZ的冲击韧性均高于Mn-Mo-Nb管线钢.其原因是高Nb钢中由于未溶Nb(CN)状的存在,抑制奥氏体晶粒长大,在高的线能量条件下,能够保证奥氏体晶粒的细小均匀.     

钼对X80高铌管线钢焊接组织与性能的影响

用热模拟试验机研究了不同线能量的焊接热循环对两种X80高铌管线钢组织和性能的影响。结果表明,在X80高铌管线钢中添加钼元素,可以抑制焊接过程中先共析铁素体的形成,促进下贝氏体转变,钼能够更加有效地细化焊后晶粒尺寸,使得加钼钢获得优于高铌钢的韧性和显微硬度。     

Toughness improvement by Cu addition in the simulated coarse-grained heat-affected zone of high-strength low-alloy steels

The effect of microstructure and Cu addition in a simulated coarse-grained heat-affected zone (CGHAZ) of a high-strength low-alloy (HSLA) steel subjected to 100?kJ?cm^?1 heat input welding was studied. It has been observed that the primary microstructure in Cu-free HSLA steels is dominated by bainite, whereas, in Cu-bearing HSLA steels, the predominant microstructure is acicular ferrite. The acicular ferrite nucleated at intragranular complex inclusions consisting of Al and Ti oxides, covered with layer of MnS and CuS. The presence of high intensity of acicular ferrite and hard impingements between acicular ferrite laths or plates has contributed to the fine-grained and interlocked microstructure. The enhanced toughness in CGHAZ of Cu-bearing HSLA steel is attributed to the fine-grained interlocked microstructure of acicular ferrite.