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。     

管线钢合金设计及其研究进展

详细介绍了管线钢合金设计的基本特征——低碳或超低碳的微合金化和多元合金化,着重论述了以超高强度为目标的硼合金设计,以高温轧制工艺技术（HTP）为依托的高Nb合金设计和基于防止焊接热影响区脆化的微Ti合金设计等管线钢合金设计的几个重要进展。     

疲劳载荷作用下X80管线钢夹杂物的微观行为

X80管线钢是我国长输管线的主要用钢,其安全性评价直接关系到管线的经济性和安全性。采用扫描电镜（SEM）原位观测的方法,动态跟踪观察了拉-拉疲劳载荷作用下国产X80管线钢中不同形状和尺寸的夹杂物导致裂纹萌生、扩展乃至试样断裂的全过程,并计算了影响X80管线钢疲劳性能的临界夹杂尺寸。结果表明,非金属夹杂物能够导致X80管线钢疲劳裂纹的萌生与扩展,疲劳裂纹首先在夹杂/基体界面的基体一侧萌生,然后向远离夹杂的基体中扩展;在拉-拉疲劳载荷作用下,X80管线钢薄板疲劳裂纹的稳态扩展速率为10⁻¹⁰ m/cycle量级;夹杂物尺寸越大,疲劳裂纹萌生越早,试样寿命越短。为了避免夹杂物对管线钢疲劳性能的危害,管线钢中夹杂物的尺寸应尽量控制在临界尺寸之内,尤其应避免出现带状夹杂物。     

高强度管线钢焊接性影响因素分析

为了使X80～X120高强度管线钢焊接时获得高强韧性焊接接头,避免产生冷裂纹及热影响区脆化、软化等各种缺陷,针对高强度管线钢的焊接性影响因素进行了分析论述,包括冷裂纹产生的原因及影响因素、管线钢的HAZ软化及脆化影响因素等。重点对管线钢的焊缝与管材的强韧匹配以及管线钢焊接工艺进行了分析研究。研究结果表明,高强度管线钢焊接时,应依据等韧性原则来选用接头的匹配,选择合适的预热温度、含氢量较小的焊接材料、合理的焊接热输入,保证焊接接头具有足够的韧性,满足实际需要。同时针对冷裂纹及热影响区脆化、软化等各种缺陷提出了合理的控制措施。     

低碳高铌X80管线钢焊接性及工程实践

低C高Nb高Mn的合金设计已广泛应用于X80管线钢,X80管线钢钢管的直缝焊接以及螺旋缝焊接性能对该合金体系的应用极其重要。热模拟研究结果表明,该合金体系X80管线钢的最佳热输入量应低于30 kJ/cm。相比于普通Nb含量管线钢,高Nb含量设计管线钢的粗晶区(CGHAZ)晶粒尺寸更细;临界粗晶区(ICCGHAZ)并没有粗大的析出物,Nb(CN)的尺寸≤30 nm。直缝焊及螺旋焊X80钢管的大量工业生产数据表明,高Nb X80管线钢热影响区的力学性能,特别是韧性能达到较高的水平,完全满足西气东输二线的技术指标,该合金体系的应用为西气东输二线的成功建成提供了有力保障。     

高强度管线钢及其焊管的性能研究

目前X80级管线钢管已在大口径输送管线中得到应用,使得对进一步提高管线钢强度(X100—X120级)的需求也更迫切了。使用高强度管线钢目的是拟通过提高管道的输送压力来提高其输送效率和降低铺设管线费用。为将这两点期望变为现实,高强度管线钢管及其焊接热影响区(HAZ)应具备良好的低温韧性和现场焊接(环焊)性能,所以,必须综合应用合理的合金成分设计,超纯净冶炼,控轧、控冷(TMCP)等工艺,改善焊接热影响区工艺等多方面的技术和措施,以得到同时具备高强度、良好的低温韧性和现场焊接性能的管线钢。     

X80自保护药芯焊丝半自动焊焊缝夹杂物特征分析

为了详细研究高钢级管线钢自保护药芯焊丝半自动焊焊缝韧性波动的原因,选取了工业生产的3种X80自保护药芯焊丝和5种壁厚18.4 mm的X80钢板,通过正交组合后进行焊接评定试验,并采用光学金相、扫描电镜等手段对15种焊缝中的夹杂物进行了详细的定性和定量分析,结果显示:X80自保护药芯焊丝半自动焊缝内自根部向上夹杂物数量和尺寸逐渐减少;夹杂物颗粒细小,平均颗粒尺寸在0.4μm左右,最大颗粒尺寸控制在2.0μm以下;夹杂物类型主要是以A12O3为主的球形复合氧化物,没有观测到多边形AlN尤其是大颗粒夹杂物的存在。研究结果表明,X80自保护环焊缝夹杂物控制水平较理想,夹杂物并不会对冲击韧性造成不利影响。     

组织特征对高强管线钢焊缝及热影响区韧性的影响

为了研究组织特征对高强管线钢管焊缝及热影响区韧性的影响,降低管线建设成本,保证服役管道的安全性和可靠性,以X80管线钢为例,分析了奥氏体晶粒尺寸、第二项粒子、HAZ粗晶区第二相组织等对管线钢管焊缝及HAZ韧性的影响。分析结果表明,适当控制t8/5和tH,保证第二相粒子的数量、均匀分布及HAZ粗晶区贝氏体的均匀化和精细化,避免岛链状大尺寸尖角型M-A组元的产生是提高焊缝及热影响区韧性的有效方法。另外,在焊材的设计和制备上做好多元合金和微合金含量的精细配比和冶炼,防止合金元素偏聚,形成大尺寸夹杂和异类相影响焊缝塑韧性。     

焊接热影响区奥氏体晶粒长大的计算模型

分析了传统的焊接热影响区(HAZ)晶粒长大模型，在此基础上，介绍了适用于高强度管线钢的奥氏体晶粒长大的耦合模型。为了体现沉淀物粒子对晶粒长大的影响作用，该耦合模型通过引入一个变量(限制晶粒尺寸)，把晶粒长大过程和沉淀物变化过程进行充分耦合，建立了稳定沉淀物、沉淀物粗化和沉淀物溶解情况下的晶粒长大耦合方程，并且，可通过耦合模型建立的晶粒长大方程绘制晶粒长大图。     

管线钢焊接粗晶区的韧化方向

通过对管线钢焊接粗晶区韧性影响因素的分析，提出了管线钢粗晶区的韧化方向。结果表明：适当调控管材的微合金元素、焊接线能量以及焊后热处理，均可使粗晶区韧性得到改善。     

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。     

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。     

显微组织对X80微合金钢拉伸行为的影响

为了研究热处理工艺对高强度微合金管线钢显微组织和拉伸性能的影响,采用中间热处理（ITT）工艺,研究了热处理对X80微合金钢显微组织及拉伸行为的影响,通过改变中间温度、再加热温度和在高温下的保持时间分析了热处理对显微组织演化的影响,并评价了显微组织的变化对其力学性能的影响关系,试验结果表明,ITT工艺并没有显著改变X80钢的显微组织,加工硬化系数也没有明显的改变。     

日本JFE公司开发的低温韧性优良的X80电阻焊管线管

概述了日本JFE公司开发的低温韧性优良的X80电阻焊(HFW)管线钢管的性能和特点。为了提高天然气和石油的输送效率,厚壁高强度的管线钢管逐渐被应用于高压管线的敷设。为进一步提高X80管线钢管用热轧卷板性能,研究了热轧卷板的组织、化学成分对强度和韧性的影响。在此研究基础上,JFE公司采用TMCP轧制工艺开发了具有细化析出物、没有珠光体或马氏体组织的超低碳贝氏体铁素体钢。采用所开发的钢制成的HFW管线钢管因其母材和焊缝具有良好的匹配性能,特别适用于低温环境。     

深海用高强厚壁直缝埋弧焊管开发技术难点分析

深海油气管道对管道用管材的可靠性提出了更高的技术要求,高强度大壁厚直缝埋弧焊管是深海油气输送管道的方向发展。从深海用高强度厚壁直缝埋弧焊管对管线钢板材及钢管在高强度、高韧性和抗脆断、高尺寸精度、低焊接碳当量和良好焊接性以及抗腐蚀性等方面的高技术要求入手,详细分析了高强度厚壁管线钢材料、板材质量控制和钢管制造工艺等方面存在的技术难点,提出了解决思路。     

高强度管线钢焊接性研究现状

为了进一步提高我国高强度管线钢的焊接水平,促进管线工程以及焊接技术的发展,根据目前我国管道工程的发展, 讨论了高强度管线钢存在的焊接性问题,主要针对焊缝金属的强韧化匹配问题、冷裂纹问题以及HAZ的脆化问题的研究现状进行了总结。同时,结合存在的焊接性问题提出了相应的预防措施,建议提高焊接接头的韧性可以通过成分、工艺两方面因素来考虑;防止冷裂纹产生可从氢含量、淬硬组织、应力三个方面进行控制;提高焊接热影响区的韧性,可以采用激光焊、超窄间隙GMA焊、脉冲MAG焊等低热输入的焊接方法。