不同焊接热输入对X90管线钢CGHAZ组织与性能的影响

为了获得X90管线钢埋弧焊接的合理热输入,采用Gleeble-3500型热模拟试验机模拟了不同焊接热输入条件下X90管线钢的热循环过程,同时采用显微组织观察、冲击试验和硬度试验的方法,研究了不同焊接热输入对X90管线钢粗晶热影响区(CGHAZ)组织与性能的影响规律。结果显示,X90管线钢经焊接热模拟后, CGHAZ显微组织主要有贝氏体铁素体、粒状贝氏体和M/A岛组元组成,冲击韧性优异;当焊接热输入E30 kJ/cm时,显微组织中贝氏体铁素体减少,粒状贝氏体不断增多,晶粒尺寸变大,同时M/A组元也由细小的网状长大成大条状或块状,韧性显著下降, CGHAZ存在软化现象。研究表明,对于X90管线钢的埋弧焊接,当焊接热输入E30 kJ/cm时可获得良好的综合力学性能。     

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。     

热输入对管线钢热模拟焊缝粗晶热影响区冲击韧性的影响

为了研究不同热输入对管线钢焊缝粗晶热影响区冲击韧性的影响,选用40～55 kJ/cm 4种不同焊接热输入量（对应于t8/5=21～40 s）对管线钢进行了热模拟焊接试验,并对不同焊接热输入下的焊缝冲击韧性、冲击断口形貌进行了研究。研究结果显示,随着t8/5的增加,相变过程的冷速逐渐降低,导致相变形成的板条结构宽化,M-A组元的宽度逐渐变粗（即短轴、长轴之比增大）,尺寸增大且粗大的M-A组元在晶界上链接成串,从而降低了冲击韧性;随着t8/5的增加,韧脆转变温度升高;热模拟峰值温度一致且较高导致混晶,也是引起冲击韧性降低和试验值分散性较大的原因;冲击断口的SEM形貌观察和能谱分析显示,材料中形成的大尺寸Ti、Nb复合碳氮化物析出相,以及形成的邻近两个或多个Al2O3和CaS复合夹杂物可以成为诱发脆性解理断裂的起裂源。     

焊接热循环对高Nb X70级管线钢热影响区组织和韧性的影响

采用热模拟技术和显微分析技术,研究了焊接热循环对高Nb X70级管线钢热影响区组织和韧性的影响.结果表明:粗晶区是X70级管线钢热影响区中韧性较差的区域,粗晶区韧性恶化主要是晶粒粗化以及粒状贝氏体、上贝氏体等非平衡低温转变产物数量增多造成的,且粗晶区的冲击韧性随着t8/5的增加而降低.     

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。     

X120管线钢焊接热影响区组织与韧性

采用热模拟试验技术,研究了X120管线钢焊接热影响区的组织与性能变化规律,结果表明：在X120钢的焊接热影响区中存在两个脆化区,即焊接粗晶区和两相临界区。粗晶区随焊接热输入的增加,脆化有减弱的趋势。该钢采用低C、高Nb、微Ti复合成分设计,有利于抑制焊接粗晶区原奥氏体晶粒长大,但高的合金含量及B的添加增加了钢的淬透性,导致了粗晶区韧性的降低。沿原奥氏体晶粒形成的岛状组织是导致两相区韧性降低的主要原因。     

高强度管线钢焊接热影响区显微组织精细表征

为了认清焊接过程显微组织的演变过程,对显微组织进行了精细化表征。结合多年来对高性能管线钢的研究实践,认为粗晶热影响区性能较易通过调整热输入量来改善,而对于临界粗晶热影响区,由于二次热循环峰值温度不可避免地会落在A_(c1)～A_(c3)的两相区,致使高C含量的脆性链状M-A形成,且其占比含量高,尺寸粗大,极易成为脆性裂纹的起裂源,进而恶化低温冲击韧性。为了改善临界粗晶区韧性,必须严格控制脆性M-A尺寸、分布及含量。有效方案是合理设计管线钢关键合金成分(Nb、 Ni等),控制粗晶区奥氏体尺寸,促进二次热循环过程奥氏体相变更完全,以此来抑制链状M-A的形成和改善低温韧性。     

X80和X90管线钢热影响区组织与韧性对比

采用热模拟方法对X80和X90管线钢进行了热影响区不同区域组织与性能的研究,研究发现:两种钢级管线钢热影响区不同区域的组织与性能既存在相同点,又有不同之处。相同点为热影响区的4个区域(粗晶区、细晶区、临界区和亚临界区)中,亚临界区和细晶区的冲击韧性较好,而粗晶区和临界区的冲击韧性较差;不同点为X90钢级管线钢热影响区细晶区韧性比X80差。经过分析认为,这主要是由于X90钢级细晶区中,低温韧性较差的块状铁素体要多于X80钢的缘故。     

X100钢级管线钢焊接接头热影响区粗晶区冷却时间计算方法研究

为了研究冷却时间t_8/5对X100钢级管线钢焊接接头粗晶区组织性能的影响,采用单丝埋弧焊堆焊X100钢级管线钢板,利用热电偶和函数记录仪等设备测量了粗晶区的冷却时间t_8/5,分别采用最小二乘法拟合与拉格朗日插值得到t_8/5的计算公式,并对理论经验公式、最小二乘法拟合公式与拉格朗日插值公式计算结果进行了试验验证。验证结果表明,最小二乘法拟合公式的计算结果和测量值最接近,可以用来计算X100钢级管线钢热影响区粗晶区的冷却时间t_8/5,也为合理制定X100钢级管线钢的焊接工艺提供了重要依据。     

焊接热输入对X65MS管线钢焊接接头性能的影响

采用制管过程中的三丝埋弧焊焊接工艺,研究了不同焊接热输入对X65MS三丝埋弧焊焊接接头组织、力学性能及抗HIC性能的影响。结果表明,在所研究的热输入范围内,焊接热输入对焊接接头的组织、强度、韧性、硬度均有影响,对焊接接头的抗HIC性能影响不大。随着焊接热输入增加,焊接接头强度、冲击韧性和硬度降低,组织变得粗大。在外焊热输入为34 kJ/cm时,X65MS三丝埋弧焊焊接接头具有优良的综合性能和抗HIC性能。     

X80管线钢焊接热影响区软化问题研究

为了提高管线钢焊接热影响区组织性能,控制热影响区软化问题,分析了当前超低碳微合金X80直缝埋弧焊管焊接热影响区的软化现象,以及热影响区软化导致的弯曲开裂等质量问题。采用焊接热模拟及批量生产检验数据统计分析等方法,研究了影响X80管线钢焊接热影响区软化的因素。研究结果表明,母材合金元素、焊接热输入、母材强度以及三者之间的匹配是影响焊接热影响区软化的关键因素。指出,母材合金设计应考虑焊后热影响区的强度,母材强度应与热影响区强度相匹配。     

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。     

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。     

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。     

高强度X100管线钢自动焊接技术研究

为了获得X100高强度管线钢管环焊缝焊接接头的各项性能,在对X100高强度管线钢化学成分、力学性能分析的基础上,结合选定的焊接工艺方案,对该管线钢管环焊缝焊接接头的强度、冲击韧性、硬度、断裂韧性（CTOD）和抗氢致开裂（HIC）等进行了试验分析。结果表明,X100高强度管线钢具有良好的焊接性能,焊接接头的各项性能指标均满足管道运行安全要求,所选用的焊接材料、焊接方法和工艺参数可用于该管材的现场焊接。     

预热温度对X80管线钢焊接热影响区组织性能的影响

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,尤其是粗晶热影响区的组织和性能变化最大。采用热模拟技术、工程测试手段和显微分析方法,研究了焊前预热温度对X80管线钢粗晶热影响区的夏比冲击韧性的影响规律,并分析了原因,确定了管道在小线能量下焊接的预热温度。认为在较小线能量下焊接,焊前预热对粗晶区的韧性有利,在现场焊接线能量为10kJ/cm时,推荐焊前预热温度为150℃;若在较大线能量下焊接,焊前预热对粗晶区的韧性没有益处,预热温度过高会给粗晶区韧性带来损害,应予以限制。     

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。