X80高性能管线钢焊接热敏感性研究

利用焊接热模拟技术、光学金相、透射电镜和冲击试验，研究了4种X80高性能管线钢焊接粗晶区韧性随焊接热输入的变化规律。结果表明，其焊接粗晶区的韧性不仅受焊接热输入大小的影响，而且不同的管线钢在相同的焊接热输入下，粗晶区韧性下降的幅度不同，具有不同的热敏感性。     

X80管线钢及其接头的低温韧性和显微组织

分别利用示波冲击韧性试验、硬度试验和光学显微镜、透射电镜研究了X80管线钢及其焊管接头的力学性能和显微组织。试验结果表明，X80钢及其焊管接头具有良好的韧性，其中焊缝的韧性最高，焊接热影响区粗晶区因受焊接热效应引起晶粒粗化和形成脆性组织，故韧性最低。试验钢由针状铁素体和少量块状铁素体组成，焊缝为典型的针状铁素体组织，焊接热影响区粗晶区以粒状贝氏体为主。焊接热影响区熔合线附近的硬度值最高，越远离熔合线硬度值越低，并逐渐接近母材的硬度值。     

焊接热输入对X80管线钢及其焊管内焊缝粗晶区韧性的影响

利用焊接热模拟技术、材料力学性能检测和显微分析方法,对X80管线钢及其制管过程中内焊缝在不同热输入下粗晶区的韧性以及组织特征进行了研究。结果表明,对于X80管线钢母材粗晶区及其焊管内焊缝粗晶区,随着焊接热输入的增大,其韧性变化规律存在一定的差别。对于X80管线钢母材,其获得最佳韧性的热输入范围为10～20kJ/cm,此时的韧性值基本和母材保持在同一水平;当热输入大于20 kJ/cm后,其韧性呈下降趋势;当热输入大于35kJ/cm后,韧性急剧下降。而对于焊管内焊缝,当热输入处于17～35kJ/cm时,其粗晶区可获得最佳韧性水平;当焊接热输入小于17kJ/cm和大于35kJ/cm时,其粗晶区的韧性水平均有所下降。     

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。     

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.     

X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区的组织和性能

采用热模拟技术研究了X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织、显微硬度和韧性的变化规律,分析了焊后冷却速度和粗晶区组织、性能之间的关系.结果表明,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织类型主要为铁素体和少量珠光体、粒状贝氏体、板条贝氏体和板条马氏体4种类型.焊接粗晶区软化是X80级抗大变形管线钢焊接面临的主要问题.当焊后冷却速度在15～30℃/s之间时,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区的强度、室温以及低温韧性匹配良好,组织以板条贝氏体为主.     

X80管线钢的焊接性研究

X80管线钢是西气东输二线工程的主导钢材,其焊接质量直接决定管线的安运行全.采用热模拟技术研究了X80管线钢焊接热影响区工艺条件、组织和力学性能之间的关系.结果表明X80管线钢焊接粗晶区的组织类型为贝氏体和铁素体,不存在典型的M组织,淬硬性倾向较小.粗晶区的软化现象不太显著.焊接线能量对粗晶区的冲击韧性影响最为显著.当采用8kJ/cm的线能量和60℃的预热温度时,粗晶区的晶粒较细,组织由板条贝氏体和一定量的粒状贝氏体组成,由于粒状贝氏体对板条贝氏体的分割作用,使板条贝氏体的长度较小,方向性差,表现的韧性最优越.因此在X80管线钢的焊接中为使粗晶区获得较高的韧性,应采用较小的线能量和合适的预热温度.     

X80管线钢粗晶区在不同焊接热输入下的韧性

采用热模拟技术、力学性能测试手段及显微分析方法,研究了三种X80管线钢焊接粗晶区在不同焊接热输入(E)下冲击韧性和断裂韧性的变化规律.结果表明,当E＞30kJ/cm时,由于粗晶区中多边形铁素体和珠光体的形成,致使其韧性严重恶化;在E＜15kJ/cm条件下,由于马氏体的过饱和固溶作用以及较高冷却速度所形成的高应力状态,使得粗晶区的韧性受到损害;而在E=15～20 kJ/cm条件下,试验钢焊接粗晶区的主要组织为多位向分布的针状铁素体,表现出较好的韧性值.     

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。     

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粗晶区是焊接接头的薄弱环节.通过对X80管线钢进行热模拟、金相显微镜和透射电镜分析后表明,粗晶区的组织主要为板条束贝氏体和粒状贝氏体;X80管线钢焊接热影响区粗晶区冲击韧性较差,存在严重脆化,粗晶区脆化是由于晶粒的粗化以及M-A组元数量增多造成的;随着t8/5的增加,粗晶区的冲击韧性和硬度随之降低;峰值温度越高,X80级管线钢的组织越粗大、韧性越低;中间临界区是焊接热影响区中另外一个韧性较薄弱的区域.     

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。     

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。     

X80管线钢埋弧焊匹配焊丝试验

通过分析高强度低合金钢焊缝熔敷金属常见显微组织对其力学性能的影响,确定X80管线钢用埋弧焊丝熔敷金属组织应以大量针状铁素体(AF)和少量粒状贝氏体(GB)的复合组织.从相变动力学原理出发,结合针状铁素体(AF)非自发形核机制和微合金组织韧化理论,选择Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系进行X80管线钢匹配焊丝的试制.结果表明,合理选择和控制合金元素,可以获得理想的焊缝熔敷金属组织和强韧性以及低温韧性要求,试制的1号焊丝能够满足X80管线钢的使用要求.     

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.     

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.     

低合金高强钢大热输入焊接热影响区组织性能

利用MMS-200热力模拟试验机研究了610 MPa级低合金高强度钢不同热输入焊接热影响区粗晶区(coarse grain high affected zone,CGHAZ)的组织和性能.结果表明,随着热输入的增加,试验钢CGHAZ组织逐渐粗大,低温冲击吸收功下降,但在80～100kJ/cm的大热输入冲击下,热影响区仍...     

超低碳超高强X120管线钢焊接热影响区粗晶区的组织转变

采用热模拟试验方法分析了超低碳超高强X120管线钢焊接热影响区粗晶区的组织转变.粗晶区连续转变曲线（SH-CCT）表明,在较宽的冷却速度范围内（0.8～25℃/s）,X120管线钢粗晶区组织为贝氏体;当冷却速度小于0.8℃/s和大于25℃/s时,分别有少量准多边形铁素体和少量马氏体形成.热模拟焊接热输入在12～25 kJ/cm的范围时,粗晶区组织为贝氏体;硬度（276～297 HV 0.2）与室温冲击吸收功（208～225 J）稳定.结果表明,X120管线钢可适用较大范围热输入的焊接,这主要与超低碳设计有关.