X80级Nb-Cr钢管不同强度匹配下的接头组织与性能研究

研究了不同强度匹配下X80级Nb-Cr钢手工焊环焊接头的显微组织和硬度。结果表明：不同强度匹配下填充层组织经过后续焊道的热处理作用,打破了焊缝柱状晶的形态,焊缝组织为针状铁素体＋少量粒状贝氏体＋少量先共析铁素体,粗晶区组织为粒状贝氏体＋板条状铁素体;盖面层焊缝组织以针状铁素体组织为主,粗晶区组织以板条状铁素体＋粒状贝氏体为主;盖面层高硬度组织板条铁素体和粒状贝氏体明显增多,硬度整体偏大。     

加热温度对X80钢级热煨弯管组织性能的影响

采用热模拟试验方法、力学性能测试技术及显微分析技术研究了加热温度对X80钢级热煨弯管组织性能的影响规律。结果表明,随着加热温度的升高,X80热煨弯管强度升高,塑韧性降低。加热温度为950℃时,组织形态以粒状贝氏体及贝氏体铁素体为主,辅之少量的软相组织,其优良强韧性的获得归因于细小的有效晶粒尺寸及多相分布的混杂组织单元;加热温度高于1 050℃时,横贯奥氏体晶界的粗大贝氏体铁素体板条结构的存在可导致韧性的严重恶化;处于两相区加热温度为850℃时,多边形铁素体的存在不利于强度水平的提高。     

焊接热输入对厚壁X80管线钢粗晶热影响区组织及性能的影响

为了研究焊接热输入对X80管线钢粗晶热影响区的组织及性能影响,采用热模拟技术,对不同焊接热输入下X80管线钢的力学性能与显微组织进行了研究和分析。研究结果表明,在不同热输入量下厚壁X80管线钢粗晶热影响区组织为板条贝氏体、粒状贝氏体及M-A岛组织。当热输入量小于25 kJ/mm时,粗晶热影响区组织以贝氏体板条为主,冲击韧性最佳,但硬度较高;当热输入量在25 kJ/mm时,试验钢粗晶热影响区组织为板条贝氏体与粒状贝氏体,冲击韧性较高,且硬度适中;随着热输入的增大,粗晶热影响区中的粒状贝氏体变得极为粗大,同时,M-A形态与分布发生急剧变化,粗晶热影响区出现严重软化,冲击韧性值明显下降。     

加热温度对X90钢级热煨弯管组织与性能的影响

为了获得X90钢级弯管的合理热处理工艺,采用Gleeble3500热模拟试验机,研究了高强度X90焊管焊缝和母材在不同加热温度下的组织与性能。试验结果显示,随着加热温度的升高,焊缝先共析铁素体减少,并出现粒状贝氏体组织,硬度上升;焊缝冲击功呈现先升后降趋势,当加热到925℃时,冲击功最低,加热到975℃时冲击功最高,但加热温度超过1 050℃时,针状铁素体板条粗大,夏比冲击功下降。因此得出结论,焊缝最佳的加热温度区间为950~1 025℃。在此温度区间内,母材随着加热温度的增加,块状铁素体逐渐减少,硬度上升,同时原奥氏体晶粒不断长大,夏比冲击功总体变化不大;当加热温度超过1 050℃时,粒状贝氏体晶粒粗化,冲击韧性快速下降。     

高钢级管线钢的组织和力学性能

应用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM,含EBSP)、透射电镜(TEM)研究了日本新日铁公司(NSC)X70,X80和X100级管线钢的显微组织.结果表明:X70级为针状铁素体,X80级为多边形铁素体、针状铁素体和贝氏体双相组织,X100级为粒状贝氏体和上贝氏体组织,均有细小均匀的晶粒和晶畴组织,通过适当的合金化和控轧控冷(TMCP)可以获得优良的强度和低温韧性的配合.     

填充金属对X100管线钢焊缝组织性能的影响

采用埋弧自动焊机和焊接热模拟试验机对X100管线钢进行了埋弧双丝焊接试验,对比分析了两种焊接工艺下得到的焊缝区组织性能的变化情况及影响因素,研究填充金属对X100管线钢组织性能的影响规律。研究结果表明,经过埋弧双丝焊所得X100管线钢焊缝组织主要以针状铁素体、粒状贝氏体和少量先共析铁素体组成,组织比较细小,与母材性能相比,焊缝区的冲击韧性良好,强度有待提高;经过焊接热模拟方法所得X100管线钢焊缝区的组织主要以板条贝氏体和少量粒状贝氏体组织组成,焊缝区的强韧性基本和母材保持一致。     

自保护药芯焊丝焊缝组织及性能研究

采用E71T8-Ni1J自保护药芯焊丝进行X70管线钢管半自动焊接,通过光谱分析、金相、扫描电镜、力学性能等试验手段,研究了X70管线钢管自保护药芯焊丝焊缝不同焊层及层间热影响区的组织特征和力学性能。试验结果表明,根焊组织主要由细小的等轴晶、板条马氏体和少量粒状贝氏体组成：填充焊层中可以观察到明显的奥氏体晶界,组织主要由准多边形铁素体、粒状贝氏体和M／A组元组成：层间热影响区组织由少量准多边形铁素体、粒状贝氏体、M／A组元以及沿奥氏体晶界连续分布的“项链状”M／A组成。焊缝的抗拉强度为720～750MPa,-20℃夏比冲击功为78～128．5J。层间热影响区组织中沿晶界分布的“项链状”M,A、晶内粒状贝氏体板条间形成的平行排列的条状M／A组元以及焊缝中粗大不均匀的组织会降低焊缝的韧性。     

高钢级管线钢摩擦焊焊接接头组织与硬度分析

为了提高高钢级管线钢焊缝的冲击韧性,采用连续驱动摩擦焊对X80管线钢进行了焊接,并对其焊接接头的组织及硬度进行了分析和检测。结果表明,X80管线钢连续驱动摩擦焊焊接接头焊缝区组织为铁素体和粒状贝氏体,热影响区的组织由原始的针状铁素体转变为先共析铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体。焊接接头的硬度高于母材,其中焊缝区域硬度最高,达到了247.4HV10,其次是热影响区,母材的硬度最低,且在焊缝两侧,硬度值呈对称分布。     

X90高强度螺旋埋弧焊管组织性能研究

对工业生产的X90管线钢及X90钢级准1 219 mm×16.3 mm钢管成型、水压后的组织和力学性能进行了研究。结果表明,工业生产的X90管线钢微观组织主要以粒状贝氏体(GB)/贝氏体铁素体(BF)为主,并且心部组织中粒状贝氏体含量较高,而1/4处多以贝氏体铁素体为主;力学性能方面,卷板屈服强度Rp0.2为623~651 MPa,钢管成型后Rp0.2为542~568 MPa,钢管水压后Rp0.2为635~657 MPa;另外,试验材料在厚度方向的硬度呈V形变化趋势。该试验结果为工业化生产X90钢管积累了一定的试验数据。     

X80管线钢焊接热影响区组织和氢渗透行为研究

为了进一步研究X80管线钢热影响区组织对氢渗透行为的影响,利用焊接热模拟技术模拟了X80管线钢在不同峰值温度下生成的焊接热影响区,研究了800~1 350 ℃的峰值温度对焊接热影响区的组织、显微硬度和氢渗透行为的影响。焊接热影响区组织分析结果显示,当峰值温度为800 ℃时,组织主要为铁素体和贝氏体,晶粒大小分布不均匀,M-A组元呈岛状;峰值温度为900 ℃时,组织主要为细小的铁素体和粒状贝氏体,晶粒分布均匀,M-A组元呈岛状和粒状;峰值温度为1 150~1 350 ℃时,组织均以粒状贝氏体为主,M-A组元主要分布在原奥氏体晶界处。焊接热影响区硬度试验和氢渗透试验结果显示,显微硬度随着峰值温度的升高,呈先升高后降低趋势,并且发生了明显的软化;随着峰值温度的升高,组织的氢扩散通量和氢表现扩散系数逐渐增大,吸附氢浓度逐渐减小。研究表明,在焊接热影响区组织中,部分相变区的氢脆敏感性最高,容易造成氢聚集,进而引起氢脆等现象。     

t_(8/5)对X90管线钢焊接热影响区细晶区显微组织的影响

为了研究焊接冶金与热循环过程对X90管线钢焊接热影响区细晶区显微组织的影响,采用淬火变形膨胀仪模拟了不同t8/5条件下X90管线钢热影响区细晶区的热循环过程,并在光学显微镜和扫描电子显微镜下观察了其显微组织随t8/5不同而变化的情况。研究结果表明,当t8/56 s时,X90管线钢会获得粒状贝氏体、贝氏体铁素体和板条马氏体的混合组织;当t8/512 s时,X90管线钢组织以多边形铁素体为主,并随着t8/5的减小,会先后出现珠光体和粒状贝氏体;当t8/5控制在6~12 s时,细晶区组织主要为性能良好的贝氏体组织和少量准多边形铁素体。为获得综合性能优异的焊接接头,冷却过程中焊接热影响区细晶区的t8/5应控制在6~12 s更为合适。     

X80管线钢环焊缝气体保护焊焊丝的研制

针对X80管线钢的组织与性能特点,研究设计了适用于管线钢现场焊接用Mn-Ni-Mo-Ti合金系气体保护焊焊丝;测试了焊缝金属的化学成分、金相组织、冲击韧性、抗拉强度和硬度。该焊丝的熔敷金属屈服强度600 MPa,抗拉强度645 MPa,-30℃夏比冲击功105 J。该焊丝用于X80管线钢现场焊接结果表明,焊缝抗拉强度645 MPa,-10℃夏比冲击功平均值145 J,焊缝具有很好的强韧性匹配。采用金相显微镜和SEM对使用该焊丝焊缝微观组织和断口形貌分析表明,焊缝金相组织主要为针状铁素体、少量的先共析铁素体和粒状贝氏体的组织,断口为韧窝状,呈现典型的塑性断裂特征。     

实验室条件下超高强度X120钢管微观组织和性能研究

在实验室条件下对含B和不含B的两种X120管线钢进行了熔体试验,在实验室的热机械轧制机上以不同的冷却速度轧制试验坯以获得不同的组织形态,同时为增加钢的延展性和韧性还模拟了加速回火技术,对试样均进行了力学性能试验和金相分析。结果表明,不含B元素X120钢所需的力学性能,最佳时效温度为300℃且冷却速度为30~35℃/s;最佳的组织结构应为粒状贝氏体结构,该试验用钢显示了标准规定X120钢所具有的力学性能。     

低Mn高Nb耐酸管线钢热处理工艺研究

对高Nb管线钢在500～680 ℃回火工艺处理后的性能与组织进行了研究。试验结果表明,与轧态相比,600 ℃回火后,材料力学性能达到最优值,其屈服强度提高105～130 MPa,抗拉强度提高50～70 MPa;韧性、伸长率变化较小;回火前后的组织类型保持不变,仍以针状铁素体为主;随回火温度的升高,铁素体板条逐渐合并,M/A组元和碳化物明显分解,出现准多边形铁素体;600 ℃回火后,析出物钉扎位错的现象比较明显;细小析出物的增加是强度增加、塑性改善的主要原因。     

基于应变设计的X80HD管线钢生产技术研究

为了研究X80HD管线钢的抗大变形能力,分析了轧制工艺对基于应变设计的X80HD管线钢组织性能的影响,并研究了制管工艺过程对管线钢的力学性能的影响规律。结果表明,铁素体/贝氏体双相组织的管线钢,随着始冷温度降低,先共析铁素体和析出物数量增加;随着终冷温度的降低,贝氏体的数量增加,相变强化作用增强,管线钢的抗拉强度提高更为明显;在制管过程中,钢管的屈服强度增加明显,且随着扩径率的增大,钢管屈服强度呈比例增大,但抗拉强度变化不大;当始冷温度约700 ℃和终冷温度低于450 ℃时,钢中的先共析铁素体和贝氏体双相组织组成控制合适,该管线钢具有优良的变形能力,能较好地满足大应变管线钢的性能要求。     

X80管线钢用气体保护焊丝的研制

为了满足X80管线钢焊接时的强度、冲击韧性等性能要求,设计了以Mn-Ni-Mo-Ti-B为合金系的焊丝。确定了X80管线钢用气体保护焊丝熔敷金属组织应以大量针状铁素体和少量粒状贝氏体的复合组织为主,同时明确了焊丝的化学成分。试验分析表明,所用焊丝熔敷金属强度、冲击韧性和硬度等均达到了要求值。焊缝熔敷金属显微组织也达到了设计目标,即获得了以针状铁素体为主,其间弥散析出少量粒状贝氏体的焊缝复合组织。同时利用扫描电镜对冲击断口形貌进行了分析,断口具有典型的韧窝。最后利用透射电镜探究了针状铁素体在夹杂物表面的形核机理。