不预热焊接工艺焊接X70管线钢接头的组织与性能

分别采用焊前预热和不预热的两种焊接工艺对X70管线钢进行焊接,采用光学显微镜、拉伸试验机和冲击试验机研究了焊接接头的显微组织、拉伸性能和冲击性能。结果表明:焊前预热接头的组织多为细小的针状铁素体、多边形铁素体等,而不预热接头的组织中晶粒明显长大,出现粗大粒状贝氏体和少量马氏体;焊前预热的焊接接头其抗拉强度和冲击韧性较不预热的好些,但不预热焊接工艺焊接的接头仍能满足性能要求;考虑工程到建设成本方面,不预热的焊接工艺可用于X70钢焊接。     

高温变形对X70管线钢组织与性能的影响

采用热模拟技术模拟了X70管线钢感应加热弯管的制造过程,研究了不同变形加热温度、应变量和变形后冷却速率对X70管线钢组织与性能的影响。结果表明:高温变形可使X70管线钢的强韧性获得提高;变形加热温度小于1 050℃时可使X70钢获得较好的韧性;变形后冷却速率的增加使X70钢的韧性增加。     

X100管线钢焊接接头的显微组织和性能

利用光学显微镜、拉伸试验机、冲击试验机及维氏硬度计等对X100管线钢埋弧焊焊接接头的组织及性能进行了研究。结果表明:X100管线钢焊接接头粗晶区组织为粗大的先共析铁素体和粒状贝氏体,细晶区主要为细小的铁素体,不完全重结晶区为细晶铁素体、粗晶针状铁素体和粒状贝氏体混合组织;接头的抗拉强度平均值为576MPa,达到母材的80%,拉伸试样断裂于焊缝处;接头焊缝、热影响区的冲击功分别为198J和259J;焊缝区最高硬度为316HV,在临界温度热影响区(ICHAZ)和亚临界温度热影响区(SCHAZ)之间存在软化现象。     

X80管线钢焊接接头的硫化氢应力腐蚀试验研究

采用X80管线钢焊接接头制作楔形张开加载（WOL）试样，在硫化氢介质中进行恒位移应力腐蚀试验，分别测得母材、焊缝和热影响区的临界应力强度因子KISCC和裂纹扩展速率da／dt。试验结果表明，热影响区的‰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，是应力腐蚀开裂的薄弱环节。且通过对X80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X80钢应力腐蚀影响因素提供了试验依据，并对试验结果予以验证。     

X80管线钢环焊缝力学性能及缺陷成因分析

对5道在役X80天然气管道切割更换的环焊缝进行力学性能试验和缺陷解剖分析,结果发现,规定温度下夏比冲击吸收功不合格概率31. 4%,抗拉强度全部合格,未去余高情况下断于焊缝的概率55%,HV10硬度值全部合格,但环焊缝区域低于管体母材。解剖发现,5处缺陷有3处位于6点钟部位,该部位焊接层数道数严重不符合工艺要求,未严格执行焊接工艺是引起环焊缝缺陷的主要原因。缺陷尺寸解剖前后对比发现,缺陷高度检测误差均值达到40. 5%,现有在役环焊缝无损检测技术对真实缺陷自身高度的检测准确度有待提高。     

QLT工艺热处理后X80管线钢的显微组织和力学性能

对X80管线钢进行920℃淬火+830℃临界淬火+不同温度回火(QLT工艺)的热处理,研究了热处理后试验钢的显微组织和力学性能。结果表明:试验钢经QLT工艺热处理后,形成了由铁素体、贝氏体与M/A岛等组成的混合组织;随着回火温度升高,铁素体的数量增多,尺寸增大,M/A岛的数量显著减少,试验钢的屈服强度与抗拉强度均下降,屈强比增大;回火温度的升高加快了M/A岛的分解,使试验钢在-20℃的冲击功也随之增大;将QLT工艺的回火温度控制在430~490℃时,可使试验钢得到良好的强韧性匹配。     

轧后冷速对X100管线钢组织和力学性能的影响

通过热模拟试验机、光学显微镜对X100管线钢在连续冷却转变下的显微组织进行了研究,然后对其进行热轧,研究了轧后冷速对试验钢组织和力学性能的影响。结果表明:随冷速增大,试验钢组织中依次出现多边形铁素体、粒状贝氏体和贝氏体铁素体;当轧后冷速为20～42℃·s-1时,试验钢可获得由粒状贝氏体和贝氏体铁素体组成的组织以及良好的力学性能。     

临界区加速冷却始冷温度对X100大变形管线钢组织和力学性能的影响

利用热模拟试验、力学性能测试和组织分析等方法,研究了X100大变形管线钢在临界区加速冷却(50℃·s-1)条件下始冷温度对其显微组织与力学性能的影响。结果表明:通过临界区加速冷却,X100管线钢可获得贝氏体+铁素体(B+F)的双相组织;随着始冷温度的升高,试验钢中的贝氏体含量增多,铁素体含量降低,导致材料屈服强度上升,塑性下降;当始冷温度为840℃时,试验钢的强韧性较高,屈强比为0.69,均匀伸长率为15.5%,形变强化指数为0.14,可以满足大变形管线钢的使用要求;细小、多位向分布的贝氏体和较高位错密度的多边形铁素体是试验钢获得较高强韧性和优良大变形能力的原因。     

冷却速率对X80管线钢显微组织及力学性能的影响

将X80管线钢加热到奥氏体化温度以上(920℃)并保温7min后,在不同冷却介质(质量分数10%NaCl溶液、自来水、机油、空气,冷却速率依次降低)中冷却,研究了其显微组织和力学性能。结果表明:随着冷却速率的降低,试验钢的强度和硬度降低,塑性增大,冲击功先增大后减小;在较高速率下冷却(NaCl溶液和自来水)后,组织中生成了贝氏体铁素体和少量马氏体板条,马氏体板条内有大量位错结构和少量碳化物,试验钢具有高的强度和低的变形能力;在较低速率下冷却(空气)后,组织中形成了多边形铁素体、贝氏体铁素体和少量块状马氏体-奥氏体组织,试验钢的强度和冲击韧性较低;在适中冷却速率下冷却(机油)后,组织中形成了贝氏体和铁素体的双相组织,多位向分布的细小贝氏体和邻近贝氏体的高密度位错铁素体使得试验钢具有良好的综合力学性能和较高的抗大变形能力。     

X70管线钢焊接热影响区的连续冷却转变组织

利用热模拟技术并结合组织分析和硬度测试,测定出X70管线钢焊接热影响区连续冷却转变曲线并研究其组织转变规律.结果表明:当冷却速率大于15℃/s时,焊接热影响区组织由板条状贝氏体、粒状贝氏体和少量铁素体组成,细小的马氏体-奥氏体组元呈弥散分布;但随着冷却速率的减小,贝氏体比例逐渐减小,铁素体比例逐渐增大,晶粒明显长大,性能恶化.在实际焊接中将热输入控制在9.3～18.6 kJ/cm(壁厚14.6 mm)可获得强韧性良好的焊接热影响区组织.     

超低碳微合金管线钢焊接接头的组织与冲击性能

利用光学显微镜、冲击试验机及扫描电镜等对超低碳微合金管线钢焊接接头的组织及冲击性能的进行了研究。结果表明:超低碳微合金管线钢母材组织主要由粒状贝氏体和贝氏体铁素体组成,接头的粗晶热影响区组织为贝氏体铁素体、粒状贝氏体和少量的多边形铁素体及细小的M-A岛,且晶粒粗大,焊缝中的针状铁素体以钛、铝、硅、锰的复合氧化物诱发形核,并以筐篮的编织结构相互交错分布;在-10℃时此接头的冲击功可达178 J,表现为韧性断裂。     

表面机械研磨处理对X80管线钢焊接接头组织与性能的影响

采用表面机械研磨处理(SMAT)技术对X80管线钢焊接接头进行了30,60及90 min表面纳米化处理,分别采用光学显微镜、X射线衍射仪、表面粗糙度仪及显微硬度计等研究了SMAT不同时间后X80管线钢焊接接头的显微组织、晶粒尺寸、表面粗糙度及显微硬度的变化。结果表明:SMAT不同时间后均可在X80管线钢焊接接头表面获得一定厚度的塑性变形层,且随着SMAT时间的延长,塑性变形层厚度逐渐增加,实现了焊接接头的表面纳米化(组织均匀化);SMAT可以显著提高焊接接头表面的显微硬度,使显微硬度沿深度呈梯度分布;SMAT还可改善焊接接头表面粗糙度,随SMAT时间的延长表面粗糙度逐渐减小。     

X90管线钢焊接接头氢致开裂敏感性研究

X90管线钢在石油天然气管道中具有广泛应用前景,其焊接接头在服役过程中存在氢致开裂(Hydrogen induced cracking,HIC)倾向。采用电化学氢渗透试验和预充氢慢应变速率拉伸试验(Slow strain rate tensile test,SSRT),对X90管线钢焊接接头的氢捕获效率和氢致开裂敏感性进行了研究。利用场发射扫描电子显微镜(Field emission scanning electronic microscope,FE-SEM)对试样断口形貌及裂纹处夹杂物进行观察和分析,采用氢微印技术(Hydrogen microprint technique,HMT)对显微组织中氢的局部分布和聚集进行分析。结果表明,不同充氢电流密度下,X90管线钢焊接接头SSRT试样的断裂位置均为焊缝,其氢致开裂敏感性明显高于母材。与X90管线钢母材相比,焊缝中氢扩散系数较小,氢浓度、可逆和不可逆氢陷阱密度均较高。焊缝中的针状铁素体、贝氏体组织晶界及其亚晶界和夹杂均是有效的氢捕获陷阱,具有较高的氢捕获效率;焊缝中尺寸大于2μm夹杂物的数量多于母材,氢致裂纹易在富Al、富S、富Si夹杂...     

自保护药芯焊丝焊接X80管线钢管环焊缝接头的显微组织与力学性能

采用自制自保护药芯焊丝对X80管线钢管进行环焊缝焊接,分析不同焊接位置接头的焊缝成形、显微组织与力学性能。结果表明:不同焊接位置的焊缝成形良好,该焊丝具有良好的全位置焊接适应性;不同焊接位置焊缝组织基本相同,盖面层由板条贝氏体和针状铁素体组成,填充层为细小的粒状贝氏体和准多边形铁素体;不同焊接位置热影响区细晶区组织基本相同,由细晶铁素体和针状铁素体组成;热影响区粗晶区由粗大的板条贝氏体和粒状贝氏体组成,且立焊位置的晶粒尺寸小于平焊和仰焊位置的;焊缝和热影响区的平均硬度分别为226,227HV,略低于母材的(233HV);立焊位置焊缝和热影响区的-10℃平均冲击吸收功高于平焊位置的;不同焊接位置接头的抗拉强度相当,拉伸断口呈韧性断裂特征。     

基于SYSWELD的X80管线钢焊接接头温度场的数值模拟

针对高钢级管道焊缝质量的缺陷,应用SYSWELD软件对X80管线钢焊接接头的温度场进行数值模拟和分析,采用三维双椭球热源、多层多道焊三维有限元模型。通过计算获得温度场的分布情况及特殊点的焊接热循环曲线。结果表明,焊接完成后冷却90 s左右温度可降低到100℃,符合现场焊接生产的要求。通过对接头焊接温度场的数值模拟,为后续对接头应力应变的计算提供依据,为保证焊接质量提供技术参考。     

X70管线钢冷丝填充埋弧焊焊接工艺

根据X70管线钢的焊接性,提出了采用冷丝埋弧焊的工艺方法来解决焊接接头热影响区的脆化现象,通过向熔池中添加＂冷丝＂,消耗过热能量来提高焊接接头的韧性。确定X70管线钢在不同线能量下的最佳冷丝填充速度;最终得出X70管线钢冷丝埋弧焊焊接工艺参数。     

X80管线钢焊接接头TEM观察下的断裂行为对比

对X80管线钢焊接接头3个区域的试样在透射电子显微镜（TEM）下进行原位拉伸试验,通过观察各个区域裂纹的萌生与扩展过程,对其微观断裂行为进行了研究和分析。结果表明：母材区中,裂纹萌生扩展主要以多裂纹起裂为主,表现为沿晶扩展的断裂形式,最后造成在切应力作用下的剪切脆性断裂;热影响区内,主裂纹首先在切应力作用下以45°方向起裂,整个扩展过程是主裂纹钝化、位错发射、主裂纹前方无位错区形成、微裂纹形核、主裂纹与微裂纹连接扩展这一多尺度过程不断重复的过程,最后导致准解理穿晶断裂;焊缝区中,从主裂纹分支出多条裂纹,裂纹均以与拉伸轴成45°的方向起裂,表现为沿晶与穿晶混合的断裂模式,最后造成穿晶脆性解理断裂。     

国产抗大变形管线钢的显微组织

采用光学显微镜和透射电子显微镜观察分析了抗大变形管线钢的显微组织。结果表明:抗大变形管线钢显微组织为软相和硬相的双相组织,软相主要包括多边形铁素体和准多边形铁素体,硬相主要包括粒状贝氏体、贝氏体铁素体以及马氏体;组织沿壁厚方向上分布均匀,其中多边形铁素体晶粒的发育完整,晶粒之间多为大角度晶界,贝氏体和马氏体呈长条状夹在多边形铁素体中间,板条之间的位相差一般大于15°。     

X80管线钢组织性能研究

通过对不同工艺生产的X80管线钢的光学显微组织、析出物进行比较,研究了显微组织、析出物对X80管线钢性能的影响.并同时研究了X80管线钢析出物的种类、大小及分布.研究表明,针状铁素体(AF)的体积分数、晶粒大小、析出物的分布对X80管线钢的性能影响明显;X80管线钢的析出物为Nb、V、Ti的复合析出物,根据形态可以分为两类,第1类析出物以TiN为主,在TiN周围进一步析出少量的(Nb、V)(C、N)的复合析出物,第2类析出物为大量的NbC和少量TiC、VC同时析出形成的复合析出物.     

X80管线钢STT＋药芯自保护焊接工艺研究

介绍了STT气保护半自动根焊、自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面工艺的特点及其对X80管线钢焊接适应性的研究,在选定焊接方法、焊接材料和工艺参数的条件下,进行了X80管线钢试件焊接和接头的性能试验。结果表明,所选的焊接方法、焊接材料和工艺参数可用于这种材料管道的现场焊接。