感应热处理工艺在X70钢级 HFW焊管生产中的应用

为了优化HFW焊管的感应热处理工艺,进一步提高焊管质量,针对焊管感应加热热处理的应用优势和HFW焊管制管原理及工艺,分析了HFW焊管采用中频正火热处理的工作原理、工艺和作用。以规格为Φ323.9 mm×14.3 mm、钢级为X70的 HFW焊管焊缝采用在线中频正火热处理工艺为例,通过试验得出了热处理加热温度在930 ℃、传送速度12 m/min、经96 m空冷加喷淋冷却后,焊管能够获得良好的焊缝金相组织和综合力学性能。     

HFW焊缝性能优化工艺研究

通过设计局部焊缝中频感应热处理、局部焊缝＋全管体双重中频感应热处理、全管体中频感应加热＋热张力减径组合热处理以及在线控制冷却等工艺,研究了J55钢级HFW焊接套管的焊缝性能优化。试验结果表明：焊缝在线局部中频感应热处理、局部焊缝＋全管体双重中频感应热处理后空冷或进行控制冷却．可优化J55套管焊缝显微组织分布,细化焊缝组织尺寸,均匀化焊缝硬度分布,提高焊缝冲击韧性．降低沟槽腐蚀敏感系数,但焊缝优化效果低于全管体中频感应加热＋热张力减径＋在线控制冷却组合工艺。单纯依靠全管体中频感应加热后热张力减径或在线控制冷却工艺对焊缝优化效果并不优于单纯局部焊缝中频感应热处理。     

HFW钢管中频处理后直度超标的改进措施

为了提高HFW钢管品质,高频焊接后需要对焊缝进行中频常化处理。针对中频处理后易造成焊管弯曲的现象,采用两台600 k W中频感应加热装置进行了在线焊缝模拟热处理,并对模拟结果进行了分析。分析表明,主要原因为中频温度和焊接速度等相关因素控制不好,焊缝温度高于管体温度,焊缝温度越高弯曲度越大。同时根据现场生产工艺提出了改进措施,即在空冷段增加冷却装置,以此来控制焊管进入水冷箱的温度,防止焊管弯曲度超标,收到了良好的效果。     

HFW焊缝组织结构对强韧性的影响

以X60级HFW焊管作为研究对象,分析了焊接区域的显微组织特点;通过测量焊接区域结构参数与力学性能,提出焊接工艺应当保证焊缝熔合线宽度控制在0.05～0.2 mm内.在820℃,870℃和980℃正火后,焊接区域组织粗大,冲击韧性偏低;920℃左右正火后焊缝区域组织细化,力学性能大大提升,通过对比发现在900～930℃...     

不同热处理工艺对HFW焊管沟槽腐蚀的影响

为了研究热处理工艺对HFW焊管沟槽腐蚀的影响,采用恒电位阳极极化法测定了20钢HFW焊管在不同热处理工艺条件下的沟槽腐蚀敏感系数,并进行了显微组织分析。结果表明,HFW焊管焊缝与热影响区、母材的电位差是引起沟槽腐蚀的主要原因;通过有效的热处理可以使焊缝、热影响区及母材的组织均匀、晶粒细化,能显著降低沟槽腐蚀敏感系数;不同热处理状态下抗沟槽腐蚀敏感性能为调质热处理(中频感应、电阻炉)加热+水冷焊态。     

X60钢级HFW焊管焊缝冲击韧性异常原因分析

通过对某X60钢级HFW焊管进行拉伸试验、压扁试验及-20℃低温冲击试验,发现该焊管焊缝的冲击韧性异常低。采用金相显微分析、扫描电镜分析及能谱分析法对焊缝冲击韧性异常的原因进行了分析。结果表明,焊缝源区存在大量的灰斑,是造成焊缝冲击韧性较低的主要原因,母材组织中存在一定的带状组织也会降低焊缝的冲击韧性,另外,如果焊后热处理工艺不当,就不能起到改善焊缝冲击韧性的作用。     

中俄东线－45 ℃低温环境油气管道工程用X80钢级Φ1 422 mm×33.8 mm感应加热弯管研发

为了解决低温环境下弯管脆断的问题,满足我国长输油气管道低温站场用钢管的需求,针对油气输送用X80钢级直缝埋弧焊管焊接接头在回火热处理后,焊缝金属夏比冲击韧性存在明显回火变脆的现象,对多丝单道焊和单丝多道焊的直缝埋弧焊管焊接接头进行了焊后箱式炉热模拟研究,并选用整体热煨制方式,试制了感应加热弯管,进行了理化性能评价。结果显示,焊缝中细小的针状铁素体板条随回火温度升高而合并粗化,是导致焊缝低温韧性显著降低的原因;采用淬火+回火热处理方法,可有效抑制焊缝夏比冲击韧性随回火加热温度的递增而恶化的趋势;X80钢级Φ1 422 mm×33.8 mm单丝多道焊感应加热弯管母管经淬火+回火热处理后,完全满足－45 ℃低温条件下中俄东线低温管道工程设计要求。     

HFW中频热处理线圈结构对加热效果的影响

对高频感应焊管(HFW)中频热处理温度场和电磁场耦合模拟计算结果进行了分析,研究了主线圈凹槽存在与否对钢管焊缝加热温度和升温速度的影响,揭示了主线圈和侧翼线圈之间角度、距离对感应功率和加热效率的影响规律.     

提高HFW钢管合格率的有效措施

为提高HFW钢管的合格率,减少因生产停车造成的材料损耗,利用生产线已有的配置对热处理不合格钢管焊缝采取补充加热措施进行处理,并通过拉伸试验、夏比冲击试验、压扁试验、金相检验以及无损检测研究分析了经过补充加热HFW钢管焊缝的性能。试验结果表明,经过补充加热后,HFW钢管焊缝的抗拉强度、低温冲击韧性、压扁性能、显微组织及无损检测结果均达到GB/T 9711—2011 PSL2及订单技术规格书的要求,说明补充加热措施可以改善HFW钢管焊缝的综合力学性能。     

焊缝在线热处理中频感应加热器技术参数的确定

在线焊缝热处理是一种被广泛采用的焊缝处理方法,通过对在线热处理的加热设备－中频感应加热器较为细致的探讨,计算给出了中频感应加热器的两个主要技术参数功率和频率的确定方法。指出功率的确定是由机组的生产率,电效率,热效率以及焊管规格决定,而频率主要由焊管的壁厚决定。     

高强度管线钢焊接接头不同缺口位置的断裂韧性研究

采用夏比冲击试验,研究了X65级高频焊管、X80和X100级埋弧焊管焊接接头不同缺口位置的断裂韧性,用扫描电镜和金相方法分析了冲击试样断口特征和微观组织。结果表明,高钢级管线钢高频焊接焊缝处的断裂韧性最低,其冲击功大小与热处理工艺密切相关;而埋弧焊接热影响区断裂韧性在熔合线处最低,其主要原因是此处的组织为粗大的粒状贝氏体,而且强度越高焊接热循环对管线钢的作用越强,在熔合线附近更容易产生粗大组织,使断裂韧性降低。讨论了油气输送管道用钢管标准和技术条件对焊缝和热影响区冲击试样缺口位置的规定。     

HFW钢管焊缝模拟正火热处理工艺分析及应用

针对HFW钢管焊缝力学性能较母材差距较大的现状,为达到焊缝力学性能的技术要求,对焊缝进行了热处理,并通过物理学及金属学原理分析,选择了焊缝模拟正火热处理工艺。应用理论分析得到的指导工艺参数,制定了实际生产中热处理各工艺阶段的工艺参数。在焊缝经过模拟正火热处理后取样进行理化检验,经过金相显微组织分析及理化检验验证,热处理后的HFW钢管焊缝性能符合要求。     

马氏体不锈钢HFW管线管的开发

研究开发了一种具有良好可焊性和抗湿CO2腐蚀的马氏体不锈钢合金及HFW焊管。通过合金成分优化设计、金相组织观察、力学性能试验、钢管外观尺寸及防腐性能试验,所开发的钢管外观尺寸、母材和焊缝的力学性能及金相组织等满足设计目标要求,与传统马氏体不锈钢管相比,具有更精确的外观尺寸。试验结果表明,新型可焊接马氏体不锈钢可以生产薄壁高精度管线管,可以用气体保护技术进行HFW焊接;HFW钢管不需焊前预热和焊后热处理,管体及焊缝所有性能满足油气井湿CO2腐蚀的服役环境。     

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。     

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。     

高韧性钢Q345LCLA焊接工艺研究

为匹配室温冲击吸收功高达237 J的低碳低合金高韧性钢Q345LCLA,选择国产焊接材料H10Mn2/SJ101和进口焊接材料Primerweld Ni1K/JF-B分别进行焊接工艺评定。对2种焊接接头进行室温拉伸和侧弯试验,并对焊缝及热影响区在室温,0 ℃,-20 ℃和-40 ℃温度条件下进行冲击试验,同时进行硬度检测及金相组织分析。结果表明,2种焊接材料均具有良好的焊接性,强度、塑性均达到AWSD1.1—2010标准要求,且具有较好的低温及常温冲击韧性,相对而言,Primerweld Ni1K/JF-B的冲击吸收功稍高;2种焊接材料金相组织比较接近,未出现晶粒粗大的魏氏组织及脆硬的马氏体组织,具有良好的金相组织。     

不同热处理温度对D36钢焊接接头力学性能和金相组织的影响

为了制定合理的热处理方案,以适应海洋工程D36钢焊接施工要求,保证焊接质量,在母材、焊材、坡口形式、焊接位置、焊接方法及工艺等基本参数一致的条件下,对不同热处理温度下D36钢焊接接头的焊缝和热影响区的化学成分、力学性能和金相组织进行了分析和对比试验。结果表明,热处理温度的不同会导致焊缝区和热影响区的显微组织发生较为复杂的变化,进而使焊接接头的力学性能下降,为了保证焊接质量应该选择合适的热处理温度。经测定,780 ℃和890 ℃热处理条件下焊接接头的金相组织和力学性能都在规定范围,但780 ℃热处理后焊接接头的力学性能更为优异。