超高强度X100管线钢埋弧焊焊丝研制

以Mn-Ni-Mo-Ti-B为主要合金系,研制出了一种能够适用于X100超高强度管线钢埋弧焊的焊丝。该焊丝与相应的BG-SJ101H2焊剂匹配,依据GB/T 12470—2003《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》要求,经熔敷金属试验检测,屈服强度685 MPa,抗拉强度780 MPa,-40℃下冲击功均在27 J以上;通过X100钢管埋弧焊接后,焊缝外观形貌、工艺性能良好,力学性能优良,抗拉强度为780 MPa以上,-10℃下冲击功为100 J,实现了焊缝高强度和高韧性的良好匹配,能够满足X100埋弧钢管性能要求。     

超高强度X100管线钢埋弧焊焊丝研制

以Mn-Ni-Mo-Ti-B为主要合金系,研制出了一种能够适用于X100超高强度管线钢埋弧焊焊丝。该焊丝与相应的BG-SJ101H2焊剂匹配,依据GB/T 12470—2003《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》要求,经熔敷金属试验检测,屈服强度685 MPa,抗拉强度780 MPa,-40℃冲击功均在27 J以上;通过X100钢管埋弧焊接后,焊缝外观形貌和工艺性能良好,力学性能优良,抗拉强度在780 MPa以上,-10℃冲击功为100 J,实现了焊缝高强度和高韧性的良好匹配,能够满足X100埋弧钢管性能要求。     

X100超高强度管线钢用埋弧焊烧结焊剂研制

研制出一种能够适用于X100超高强度管线钢焊接的烧结焊剂,该焊剂以CaF2-MgOAl2O3-CaO-SiO2氟碱型为主要渣系,碱度为1.8~2.0。采用该焊剂匹配开发的X100专用焊丝,在不同焊接参数下进行内外双丝双面埋弧焊接,焊接过程电弧平稳,脱渣效果和工艺性能良好,焊缝成形美观。焊后对焊接接头力学性能进行了检测,检测结果显示,焊缝抗拉强度可达790 MPa以上,-10℃焊缝冲击韧性达100 J以上,完全适用于X100管线钢的焊接。     

几种典型X80管线钢管及其环焊缝性能研究

环焊缝质量是影响高钢级长输管道安全的重要因素之一。国际焊接研究中心(IWTC)针对几种典型X80管线钢的焊接开展了大量研究,测试了钢管管体和环焊缝的组织及关键力学性能,分析了X80管线钢管环焊工艺及环焊缝性能影响因素,给出了推荐工艺参数、控制措施等。采用焊接热模拟试验研究了2种不同Nb含量的X80钢管的焊接性,分析了Nb含量对焊缝区域微观组织的影响机制。结果表明,国内典型的X80管线钢管均具有良好的性能,其管体性能及焊接性满足工程需要;应采用合理的环焊工艺和质量控制措施以保证焊缝的性能;铌含量较高的X80管线钢具有更优越的焊接性,但必须严格遵从焊接工艺规范。     

高韧性螺旋埋弧焊接钢管

采用双面螺旋埋弧焊的国产焊接钢管，其管线钢在强度级别上已达到了API 5L标准中的X70级水平。在焊接时采用H08C和H08D两种新型焊丝并配以SJ101焊剂，可使焊缝韧性大幅度提高，焊缝性能完全满足现行管线标准，达到国际通用技术水平。通过对国产X60，X70级埋弧焊钢管的测试，表明具有良好的综合力学性能，低温夏比冲击韧性及准静态断裂韧性，而且具有一定的抗H2S应力腐蚀疲劳能力，对H2S腐蚀不敏感。     

X100螺旋预精焊钢管制造工艺研究

采用螺旋预精焊焊接工艺试制了X100钢管,研究了板头、板中和板尾母材屈服强度对焊缝及热影响区冲击韧性的影响。预焊采用直径2．4mm的焊丝焊接,实现了细丝大电流高速MAG焊接。精焊采用内三丝、外双丝的焊接工艺,使用宝鸡钢管自主开发的高韧性焊丝和高速焊剂,成功制造出了西φ1422mmx15．3mm螺旋埋弧焊管。焊缝边缘整齐、光滑,脱渣较好,消除了内焊＂马鞍形＂焊缝。钢管各项性能达到TAPISPEC5L（44版）及X100螺旋缝埋弧焊管技术条件的要求。     

X80钢专用高强度高韧性焊丝研制

西气东输二线工程采用X80级钢材,屈服强度在550MPa以上。为了实现钢管埋弧焊缝的高强度高韧性匹配,研究开发了X80钢专用H80焊丝,该焊丝匹配BG—SJ101 H1焊剂,熔敷金属屈服强度625MPa,抗拉强度660MPa,-40℃冲击功102J,具有较好的强韧性;在X80级厚壁管线钢焊接速度为1．7m／min时,焊接接头的抗拉强度达670MPa以上,-20℃冲击功平均值178J;焊缝的弯曲、硬度等试验结果均达到API SPEC 5L及西气东输二线X80级钢管标准要求。     

X100管线钢管埋弧焊焊接接头性能分析

对X100管线钢管直缝双面埋弧焊接头进行了微观组织、显微硬度、拉伸及冲击试验。试验结果表明:X100管线钢双面埋弧焊焊缝金属的显微硬度高于母材,热影响区的显微硬度低于母材,焊接接头存在HAZ软化问题;横向焊接接头的抗拉强度满足ISO 3183—2007的要求,抗拉强度值高于母材纵向,但低于母材横向;埋弧焊焊缝金属的韧性良好,韧脆转变温度为-53℃;焊接热影响区的韧性较差,韧脆转变温度约为7℃。     

强度匹配对X80螺旋埋弧焊管环焊接头宽板拉伸性能的影响

为了研究不同强度匹配下X80螺旋埋弧焊管环焊接头的拉伸性能,采用等强匹配根焊+高强匹配填充盖面焊和低强匹配根焊+等强匹配填充盖面焊的两种不同强度匹配组合进行了熔化极气体保护自动焊（GMAW）,测试了环焊接头的拉伸性能和夏比冲击韧性,并采用宽板拉伸试验研究了环焊接头的拉伸性能和失效行为。结果表明,两种强度匹配下的X80钢管GMAW环焊缝接头均具有较好的形变能力,二者的平均总应变均大于4.0%;最大载荷下,两种强度匹配组合的环焊接头全截面抗拉强度略低于环焊接头小尺寸试样的抗拉强度,但等强+高强匹配的环焊接头具有更高的平均总应变、平均远端应变和裂纹口张开量,失效模式为管体母材发生颈缩失效,而低强+等强匹配组合的GMAW环焊接头失效模式为根焊热影响区发生开裂失效。试验表明,对于X80螺旋埋弧焊管环焊接头,可选用具有一定韧性的等强度焊接材料进行根焊,从而避免焊缝根部产生应变集中而失效。     

X80级螺旋埋弧焊管用高强度高韧性烧结焊剂的研制

从焊剂渣系选择、焊剂碱度、稀土氧化物及焊剂颗粒度等对焊接工艺性能和焊缝力学性能的影响方面,介绍了西气东输二线X80级螺旋埋弧焊管用BG-SJ101H1烧结焊剂的研制。经实验室焊接试验,在φ1219mm×18.4mm X80级螺旋埋弧焊管批量试制中成功应用并检验合格后,已经用于西气东输二线焊管生产中。     

大应变管线钢和钢管的关键技术进展及展望

油气管道工程在途经地震带、滑坡带、矿山采空区、沉陷带等特殊地质环境时，使用的大应变管线钢和钢管的研制及应用配套技术是国际上研究的热点之一，也是我国重要油气管道工程必须破解的重大难题。为此，围绕大应变管线钢和钢管研发应用中的一系列关键技术难题，通过十余年的联合攻关，取得了多项理论技术创新。主要成果包括：①提出了应用多个不同的应力比、屈强比、均匀延伸率等参数联合表征和评价钢管变形行为的方法，建立了X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管新产品技术指标体系和标准；②研发形成了X70HD/X80HD钢板制造成套技术，获得了兼备低屈强比、高均匀伸长率、高应力比、高强韧性的大应变钢板；③研发形成了X70HD/X80HD JCOE和UOE大应变直缝埋弧焊管制造技术，解决了钢管母材和焊缝性能合理匹配及成型、焊接、扩径、热涂覆过程性能劣化难题；④自主研制了钢管内压+弯曲大变形实物试验装置，研发形成了钢管实物模拟变形试验技术。X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管在西气东输、中缅管道等重大输气管道工程中实现了规模化应用，取得了良好的应用实效。根据复杂地质条件管道建设与长期安全运行的新要求，提出了进一步发展基于应变的管道设计新方法，研发或完善与环焊缝强匹配要求相适应的焊接方法、焊接材料、焊接工艺、环焊缝性能质量及缺陷控制要求等配套技术的建议。     

中俄东线－45 ℃低温环境油气管道工程用X80钢级Φ1 422 mm×33.8 mm感应加热弯管研发

为了解决低温环境下弯管脆断的问题,满足我国长输油气管道低温站场用钢管的需求,针对油气输送用X80钢级直缝埋弧焊管焊接接头在回火热处理后,焊缝金属夏比冲击韧性存在明显回火变脆的现象,对多丝单道焊和单丝多道焊的直缝埋弧焊管焊接接头进行了焊后箱式炉热模拟研究,并选用整体热煨制方式,试制了感应加热弯管,进行了理化性能评价。结果显示,焊缝中细小的针状铁素体板条随回火温度升高而合并粗化,是导致焊缝低温韧性显著降低的原因;采用淬火+回火热处理方法,可有效抑制焊缝夏比冲击韧性随回火加热温度的递增而恶化的趋势;X80钢级Φ1 422 mm×33.8 mm单丝多道焊感应加热弯管母管经淬火+回火热处理后,完全满足－45 ℃低温条件下中俄东线低温管道工程设计要求。     

X80钢级直缝埋弧焊管力学性能研究

通过对X80高钢级直缝埋弧焊管力学性能试验研究，得到了各项力学性能参数，并对其数据进行了分析。研究表明：新开发的X80级管线钢力学性能已达到API SPEC 5L标准，但需要进一步优化焊接工艺，提高焊缝的冲击韧性。     

螺旋埋弧焊管自动补焊工艺研究

针对螺旋埋弧焊管焊缝缺陷人工补焊的不确定性,采用X52钢级Φ610 mm×8 mm、X70钢级Φ1 016 mm×17.5 mm、X80钢级Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋埋弧焊管,模拟生产中常见的穿透性缺陷、非穿透性缺陷进行自动埋弧焊补焊试验。试验结果表明,补焊焊缝的外观质量、无损检测、理化性能、金相组织等各项指标均优于标准要求。自动补焊工艺可减少施焊过程中的人为干预,稳定焊接质量,提升焊接效率。该工艺可满足多项标准的管线修补要求,在焊管行业推广应用具有可行性。     

基于应变设计的高强钢管道环缝焊接技术

在复杂地形地貌、地震断裂带和海洋环境等情况下的管道敷设通常采用基于应变的设计方法,这对管道环焊缝的性能提出了特殊的要求。为了掌握基于应变设计条件下高强度管道的环缝焊接技术,设计了FeNi合金焊丝,制定了焊接工艺,进行了环缝焊接试验,并对焊缝金属的力学性能进行了检测。结果表明,所焊环焊缝的性能满足基于应变设计的X80高强钢管道环焊缝的强度与韧性要求,焊缝强韧匹配度较好,且具有大的缺陷容限和高的抗大应变能力。     

高强度管线钢焊接接头不同缺口位置的断裂韧性研究

采用夏比冲击试验,研究了X65级高频焊管、X80和X100级埋弧焊管焊接接头不同缺口位置的断裂韧性,用扫描电镜和金相方法分析了冲击试样断口特征和微观组织。结果表明,高钢级管线钢高频焊接焊缝处的断裂韧性最低,其冲击功大小与热处理工艺密切相关;而埋弧焊接热影响区断裂韧性在熔合线处最低,其主要原因是此处的组织为粗大的粒状贝氏体,而且强度越高焊接热循环对管线钢的作用越强,在熔合线附近更容易产生粗大组织,使断裂韧性降低。讨论了油气输送管道用钢管标准和技术条件对焊缝和热影响区冲击试样缺口位置的规定。