Nb-Mo系X80管线钢焊接冷裂纹敏感性的研究与预测

通过插销试验获得Nb-Mo合金化的X80管线钢焊接冷裂纹下临界应力,分析发现Nb-Mo合金化的X80管线钢具有较小的冷裂敏感性.测量了不同焊接工艺条件下的焊接热循环参数、焊接热影响区最高硬度、熔敷金属初始扩散氢含量,和冷却到50℃时的残余扩散氢含量,建立了Nb-Mo合金化的X80管线钢冷裂纹判据公式,并对判据进行了分析.结果表明,在低氢条件下,钢的抗冷裂能力随着热影响区最高硬度的增大而提高;高氢条件下,钢的抗冷裂能力随着热影响区最高硬度的增大而降低;在试验硬度范围内冷裂倾向随残余扩散氢含量的增加而增大.     

扩散氢与X100管线钢临界断裂应力的关系

采用扩散氢试验方法、插销试验方法和热影响区最高硬度试验方法研究了扩散氢与X100管线钢临界断裂应力之间的关系。结果表明:X100管线钢在不预热条件下,防止冷裂纹产生的临界扩散氢含量约为3.65 m L/100g,临界应力为573 MPa;焊接HAZ宏观硬度最大317.6 HV10,小于冷裂纹产生临界硬度350 HV10,冷裂纹倾向较小。     

Nb-Mo系X80管线钢焊接冷裂敏感性及其影响因素

采用一次正交回归设计,考察焊接热输入、预热温度和熔敷金属的扩散氢含量的影响,通过插销试验测定了Nb-Mo系X80管线钢下临界应力。结果表明,Nb-Mo系X80管线钢有很好的抗裂能力;采用极差分析进一步分析了下临界应力的影响因素,得出结论:要进一步提高抗裂能力,扩散氢含量应控制在低水平,同时采用大的热输入配合低的预热温度或小的热输入配合高的预热温度。     

预热温度对X100管线钢焊接性的影响

采用插销试验法和热影响区最高硬度法测定了在80,120,160℃三种预热温度下X100管线钢的临界断裂应力以及热影响区的硬度值,并对金相组织以及断口形貌进行分析,综合研究了预热温度对X100管线钢焊接性的影响.结果表明,随着预热温度的升高,X100管线钢临界断裂应力逐渐增大,HAZ区硬度逐渐降低;呈板条束状的BF组织越来越窄小且分布越来越紧密;起裂区氢致开裂的断口特征逐渐减少.     

30CrMnSiA和30CrMnSiNi2A钢焊接冷裂倾向的研究

本文采用插销试验法研究了30CrMnSiA和30CrMnSiNi2A两种低合金高强钢的冷裂倾向。定量地探讨了在焊接线能量一定的条件下,所获得的不同焊接热循环和不同扩散氢含量对焊接热影响区冷裂倾向的影响。确定了两种钢的临界断裂应力同扩散氢含量、预热温度,冷却时间以及后热温度的关系。     

国产X80钢焊接冷裂敏感性的插销试验

用插销试验法研究了实心焊丝CO2气保焊根焊条件下X80管线钢的冷裂纹敏感性及断口特征.结果表明,预热100℃条件下X80钢的抗冷裂性好,临界断裂应力σcr为624 MPa,与其抗拉强度相当.当拘束拉伸应力高于抗拉强度时,将发生失效断裂,断裂性质为延性断裂断口.CO2气保焊进行根焊焊接时,X80钢的抗冷裂性好,与该方法能得到超低氢的焊接条件有关,此外还与该钢的裂纹敏感系数(0.17%)不高,HAZ淬硬不明显有关.焊接接头过热区的组织主要为块状铁素体,最高硬度297 HV.     

X100管线钢焊接冷裂纹敏感性研究

采用插销试验方法和焊接HAZ最高硬度试验方法,研究了X100管线钢焊接HAZ的冷裂纹敏感性。结果表明,X100管线钢在不预热条件下,临界断裂应力σcr为740 MPa,大于0.75Rt 0.5(Rt 0.5为763 MPa);最高硬度为HV10281.2,低于临界硬度HV10350,整个断口为韧窝-部分解理组成的混合断口,即抗冷裂纹性好,对冷裂纹不敏感;当其他条件不变,对X100管线钢进行50℃预热,其临界断裂应力σcr为800 MPa,与不预热相比较,抗冷裂纹性能得到提高,通过预热可以提高冷裂纹的敏感性。     

30CrMnSiNi2A超高强钢HAZ后热韧化抗裂机理的探讨

本文用插销法研究了预热和后热对30CrMn SiNi2A 超高强钢HAZ 冷裂倾向和强韧性的影响规律。试验结果表明,250℃预热.260℃后热1h,插销临界启裂应力σ_(cr)>σ_s。用焊接热模拟试件测试了不同焊接热循环下的断裂韧性K_(IC),发现最优焊接热循环和插销试验时的最佳工艺相吻合。用透射电镜观察了HAZ 组织的精细结构,观察了残余奥氏体的分布形态,并测定了残余奥氏体的含量。发现250℃预热,260℃后热1h。可得到含9.8%残余奥氏体的、以位错板条马氏体为主带有少量下贝氏体的显微组织。残余奥氏体以薄膜状的形态分布于马氏体板条间,它既韧化了组织又阻碍了氢的扩散,对防止冷裂纹的产生是有益的。试验结果为后热工艺的制定和解释后热韧化抗裂的本质提供了理论依据。     

国产X70管线钢的硫化氢应力腐蚀性能及其焊接性

针对在含H2S的介质中，不同成分条件的国产管线钢H2S应力腐蚀开裂(Sulfide stress corrosion cracking，SSCC)性能、焊接性分别采用恒载荷法及插销试验法进行了研究；对插销试样断口进行了电子显微镜分析。试验结果表明，不同C、Mn、P含量的国产X70管线钢在相同的试验条件下具有不同的SSCC断裂时间与断裂应力。其原因主要是由于它们的Mn、P元素含量的不同引起的，而不是C元素；采用LINCOLN E6010焊条，预热70℃时的临界应力σcr=630MPa，不预热时的σcr=610MPa，即预热可以使国产X70管线钢的临界应力明显提高；插销试样的断口形貌是由解理断裂、准解理断裂和韧窝断裂构成的混合型断口。     

20MnNiMo钢焊接氢致裂纹特征(Ⅱ)

采用插销试验法研究了扩散氢含量和焊接冷却速度 (t8/ 3 )对 2 0MnNiMo钢焊接氢致裂纹产生的影响 ,并采用扫描电子显微镜观察了氢致裂纹断口形貌。结果表明 ,2 0MnNiMo钢焊接氢致裂纹的产生与扩散氢含量有很强的依赖关系。在低氢条件下 ,氢致裂纹产生需要较高的拘束应力 ;而在高氢条件下 ,只要很小的应力便可诱发氢致裂纹的产生。在相同扩散氢含量条件下 ,热影响区韧性越好 ,抵抗氢致裂纹的能力越强     

酸性土壤环境中剥离涂层下X80钢应力腐蚀行为及机理

目的研究酸性土壤环境中剥离涂层下X80管线钢应力腐蚀行为及机理。方法采用电化学极化曲线测试、慢应变速率拉伸试验和腐蚀形貌扫描电子显微镜观察,对服役于鹰潭土壤环境的X80管线钢在剥离涂层下滞留液中的应力腐蚀行为及机理进行了分析研究。结果 X80管线钢在剥离涂层下的滞留液中具有一定的SCC敏感性,应力腐蚀开裂类型属于TGSCC,敏感性较大位置为近漏点处、剥离区中下部及剥离区底部,且近漏点处滞留液体系中X80钢的SCC机理受阳极溶解(AD)机制控制,剥离区底部滞留液中SCC机理受阳极溶解+氢脆(AD+HE)的混合机制控制。结论服役于酸性土壤中的X80管线钢在外防腐涂层破损后,除开放破损处将发生腐蚀外,剥离涂层下的管线钢还会存在一定的应力腐蚀敏感性。     

X100管线钢焊接冷裂纹敏感性

采用E10018焊条进行了斜Y形坡口焊接裂纹试验,结合数值模拟方法对X100管线钢焊接冷裂纹敏感性进行了研究,分析了预热温度对热影响区显微组织、接头硬度分布、应力应变状态的影响规律. 结果表明,X100管线钢具有一定的焊接冷裂纹敏感性,采用不高于100℃预热可以降低冷裂纹敏感性;100℃预热时裂纹率为0,此时粗晶区显微组织不是很粗大、M-A组元数量最少、硬度较低,且残余应力和应变水平都较低;但预热温度大于150℃时,粗晶区晶粒粗大、M-A组元数量增加,且接头中等效残余应力、应变水平升高,导致冷裂纹敏感性增加. 建议采用100℃进行预热.     

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依据NACE标准研究了X80级管线钢的抗硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）和氢致开裂（HIC）行为。研究表明该X80级管线钢具有较好的抗SSCC和HIC性能,其中临界名义应力Sc达到：1 265 MPa;裂纹敏感率、裂纹长度率和裂纹厚度率均为0;酸性环境下氢的扩散以及应力集中的交互作用导致材料的韧性损失,从而促使裂纹的形成和扩展,最终导致材料断裂。以均匀细小的针状铁素体为主的显微组织具有优良的抗SSCC＆HIC性能。     

X80管线钢焊接接头SSCC研究及数值模拟

硫化氢应力腐蚀破裂(sulfide stress corrosion cracking,SSCC)是制约管线钢应用的主要因素.针对X80管线钢焊接接头进行恒位移硫化氢应力腐蚀试验研究,分别测得母材、焊缝和热影响区的应力强度因子门槛值KISCC和裂纹扩展速率da/dt.通过对X80管线钢焊接接头的金相显微组织、断口形貌观察以及硬度测试,分析了X80管线钢SSCC性能的影响因素.并对WOL试样进行了三维弹塑性有限元分析,得到裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征.结果表明,热影响区的KISCC最小,裂纹扩展速率最大,具有较差的抗应力腐蚀开裂的能力,其应力腐蚀试验结果与有限元数值分析相互验证.     

表面纳米化对X80管线钢应力腐蚀开裂行为的影响

通过超声表面滚压(ultrasonic surface rolling processing,USRP)方法对X80管线钢进行表面纳米化处理,利用金相显微镜和透射电镜对材料表面的微观组织进行了分析.采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)和扫描电镜观察研究USRP对X80管线钢在NS4溶液中的应力腐蚀行为.结果表明,USRP处理使X80管线钢表层晶粒细化至纳米量级,X80管线钢随着外加电位的负移,断裂时间、断面收缩率、应变量都明显缩短,X80管线钢的SCC敏感性增加,应力腐蚀断口呈穿晶准解理特征,表面纳米化延长了X80管线钢的断裂时间,增加了应力腐蚀抗力.     

X80M管线钢铜衬垫外根焊接头冷裂敏感性分析

开展了不同装配条件下大厚度、大管径X80M管线钢铜衬垫外根焊接头的冷裂敏感性分析. 采用碳当量法和应力场模拟等方法,研究了不同装配条件对接头冷裂倾向的影响. 结果表明,接头顶部盖面层的热影响区和底部根焊层是X80M管线钢焊接接头的最薄弱区域,冷裂倾向最大. 对口间隙从0 ~ 0.5 mm增大至0.6 ~ 1 mm后,焊缝区根焊层的相对碳当量提高16.6%,增大了冷裂倾向. 错边量提高使得接头盖面层热影响区淬硬性增大,冷裂敏感性增大. 错边量和对口间隙增加均会导致焊后残余拉应力的进一步增大,错边量增大也会导致接头错边区域存在应力集中,错边量从0 mm增加为3 mm,其焊缝区根焊层凹角处残余应力峰值增加52.4%. 因此,X80M管线钢电弧焊接过程需尽量减小对口间隙和错边量以降低冷裂倾向.     

X70管线钢熔合区裂纹与焊接工艺的关系 孙咸

探讨了X70管线钢中熔合区裂纹与焊接工艺的关系。结果表明,在铁研试件中出现的沿熔合线分布的裂纹属于氢致冷裂纹。当冷裂纹三要素集中于X70管线钢熔合区的粗晶区时,该区成为接头的薄弱环节,极易形成裂纹。在裂纹影响因素中,熔合区组织特性是裂纹产生的必要条件,应力水平和氢的分布特征则是充分条件。焊接工艺与裂纹的关系实质上反映的是焊缝中氢和应力与裂纹间的关系。工程上常用焊缝中残留的扩散氢量最小化、不足以引发氢致冷裂纹的“焊缝金属低氢化”综合工艺,并获得了满意的效果。     

X65管线钢焊接接头H2S应力腐蚀研究及其有限元数值分析

在X65管线钢H2S应力腐蚀试验的基础上，建立了三维弹塑性有限元模型．通过三维弹塑性有限元的数值分析，得到了裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征．通过对X65管线钢焊接接头的显微组织观察和基本力学性能研究，对影响其应力腐蚀影响因素提供了实验依据．并根据楔形张开加载恒位移试样得出了X65管线钢焊接接头的临界应力强度因子KISCC和裂纹扩展速率，其应力腐蚀试验结果在有限元数值分析中得到了验证。     

X70管线钢在硫酸盐还原菌作用下的应力腐蚀开裂行为

目的油气管输中X70钢的应力腐蚀开裂问题日趋严重,而且土壤环境中微生物腐蚀现象备受关注,因此拟通过实验室模拟土壤环境下X70管线钢的腐蚀,获得高强度管线钢在硫酸盐还原菌作用下的应力腐蚀开裂规律。方法采用自制的应力电化学测试装置,通过慢应变速率拉伸试验(SSRT)对材料的应力腐蚀敏感性进行分析,利用交流阻抗以及扫描电镜(SEM)对断口形貌以及生物膜的成分进行研究。结果当应变速率为5×10~(-7)s~(-1)时,无菌模拟溶液中试样的应力腐蚀敏感性远大于含SRB模拟溶液中试样的应力腐蚀敏感性,SRB的存在对X70管线钢应力腐蚀起到很大程度的促进作用。当应变速率为1×10~(-6)s~(-1)时,SRB对于X70管线钢应力腐蚀敏感性的影响较小,断裂主要由力学因素主导,SRB起辅助作用。结论 X70管线钢在沈阳土壤模拟溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性。SRB对于X70管线钢在沈阳土壤模拟溶液中的应力腐蚀起到一定程度的促进作用。