几种典型X80管线钢管及其环焊缝性能研究

环焊缝质量是影响高钢级长输管道安全的重要因素之一。国际焊接研究中心(IWTC)针对几种典型X80管线钢的焊接开展了大量研究,测试了钢管管体和环焊缝的组织及关键力学性能,分析了X80管线钢管环焊工艺及环焊缝性能影响因素,给出了推荐工艺参数、控制措施等。采用焊接热模拟试验研究了2种不同Nb含量的X80钢管的焊接性,分析了Nb含量对焊缝区域微观组织的影响机制。结果表明,国内典型的X80管线钢管均具有良好的性能,其管体性能及焊接性满足工程需要;应采用合理的环焊工艺和质量控制措施以保证焊缝的性能;铌含量较高的X80管线钢具有更优越的焊接性,但必须严格遵从焊接工艺规范。     

X100管线钢管埋弧焊焊接接头性能分析

对X100管线钢管直缝双面埋弧焊接头进行了微观组织、显微硬度、拉伸及冲击试验。试验结果表明:X100管线钢双面埋弧焊焊缝金属的显微硬度高于母材,热影响区的显微硬度低于母材,焊接接头存在HAZ软化问题;横向焊接接头的抗拉强度满足ISO 3183—2007的要求,抗拉强度值高于母材纵向,但低于母材横向;埋弧焊焊缝金属的韧性良好,韧脆转变温度为-53℃;焊接热影响区的韧性较差,韧脆转变温度约为7℃。     

Nb-Cr X80管线钢管焊接接头断裂韧性的研究

对低温环境下Nb—CrX80管线钢管及其焊接接头的断裂韧性进行了深入研究。研究发现．Nb—Cr X80管线钢母材的抗开裂性能要优于热影响区,纵焊缝介于二者之间。对于KOBELB52U φ3．2mm低氢焊条上向根焊＋HOBART X80 φ2．0mm自保护药芯焊丝半自动下向填充盖面焊环焊接头,焊缝NQ方向的抗开裂能力优于NP方向,但热影响区的性能却是NP方向优于NO方向;而对于KOBELB52U φ3．2mm低氢焊条上向根焊＋金桥JC-30φ2．0mm自保护药芯焊丝半自动下向填充盖面焊环焊接头,焊缝及HAZ试样,NQ方向CTOD平均值要高于NP方向．说明NO方向抗开裂能力更好。     

X80焊管H_2S环境应力腐蚀开裂行为研究

采用三点弯曲加载法和微电极扫描测试技术,研究了X80高强度级管线钢及其焊缝区的抗H2S环境应力腐蚀开裂(SSCC)行为。测定了焊接接头的显微硬度分布,分析了显微组织结构、力学性能及抗腐蚀性能之间的相关性。研究表明,热影响区(HAZ)对应力腐蚀开裂最为敏感,母材的纵向和横向取样对应力腐蚀敏感性影响不显著,薄壁管材比厚壁管材有较好的抗H2S环境应力腐蚀性能。HAZ晶粒粗大、硬度高,局部腐蚀倾向大,由此导致该区SSCC敏感性高。     

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。     

X65管线钢焊接接头的显微组织和低温韧性研究

研究了X65管线钢焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明，该钢焊接接头焊缝为典型的铁素体和少量的珠光体组织，HAZ（热影响区）含有侧板条铁素体。焊接接头的拉伸试验断裂部位在焊缝。焊接HAZ熔合线附近的硬度值最高，远离熔合线硬度降低，并逐渐接近母材金属的硬度，从冲击结果和上述的硬度结果可以看出，焊接接头有良好的冲击韧性。焊缝和母材属于“低强度”匹配。焊接接头和母材都具有良好的力学性能，焊缝的断裂韧度相对优于热影响区。     

内焊余热和焊接热循环对螺旋埋弧预精焊管焊缝性能的影响

采用Charpy冲击、显微硬度和金相试验研究了内焊余热和焊接热循环对螺旋埋弧预精焊管焊缝韧性、显微硬度分布及微观组织的影响。结果表明,内焊余热和焊接热循环对焊缝及焊接热影响区(HAZ)韧性、硬度分布及微观组织形貌有较大影响。在内焊余热和焊接热循环作用下,焊缝及HAZ夏比冲击功均有明显降低,韧性呈现衰减趋势,显微硬度峰值均出现在焊缝中心附近,而微观组织则有不同程度长大。焊缝中心处主要由针状铁素体(AF)+少量准多边形铁素体(QPF)组成,HAZ则主要由尺寸粗大且均匀性差的粒状贝氏体组成。     

GMAW焊接的HTP高铌X80管线钢管的纵向应变容量

对低C高Nb微合金化的HTP工艺X80管线钢管GMAW焊接纵向环焊缝力学性能和断裂性能做了定量分析,试验使用X80级1 219 mm×22 mm UOE直缝埋弧焊管,在弯曲宽板试样的焊接中心线和HAZ表面开缺口试验,对母材和焊缝的拉伸性能、屈服强度过匹配、V形缺口夏比冲击韧性、CTOD韧性、宽板拉伸试验结果进行了分析。结果表明,－20 ℃下,高Nb HTP管线钢管可以达到很大的纵向后屈服应变,同时证明了8%的过匹配是比较合理的要求。     

X80高强度管线钢的焊接工艺研究

介绍了俄罗斯某钢厂生产的X80高强度管线试验钢的化学成分及其力学性能,对该管线钢的焊接工艺(包括对其形成热、冷裂纹倾向)、组织硬度和焊接接头的冲击韧性等进行了研究。指出,采用X80高强度管线钢制作输气钢管是管道建设节约成本、提高效益的有效途径。研究完善的焊接工艺,包括选择合适的焊接接头近缝区冷却速度,是保证焊接接头性能和良好焊缝组织的关键。     

铌对管线钢奥氏体分解的影响

为了研究铌对管线钢奥氏体分解的影响规律,采用激光超声波技术对低Nb钢和高Nb钢的原始晶粒生长行为进行测量,并对不同冷却速率、钢中不同Nb状态(固溶或析出)和不同奥氏体晶粒尺寸下的试样进行了光学金相和显微硬度检测,研究了在连续冷却过程中奥氏体晶粒尺寸、冷却速率和Nb状态的函数关系。结果表明, Nb的溶解对奥氏体分解有很强的影响,其抑制了贝氏显微组织细化的转变温度,增加了HAZ粗晶区的硬度,特别是在大奥氏体晶粒尺寸及钢中Nb含量较高的情况下,其影响效果更加明显。     

海洋隔水管对接环焊缝接头高周疲劳性能研究

采用四点弯曲疲劳试验法,测试了海洋隔水管道X80／x80J对接环焊缝高周疲劳性能。综合分析了应力集中、显微组织和硬度对裂纹萌生位置的影响。结果表明,有余高焊接接头疲劳裂纹在焊趾处萌生并向热影响区扩展,去除余高的焊接接头疲劳裂纹从焊缝处萌生并沿焊缝扩展;焊缝余高引起的应力集中是降低焊接接头疲劳性能的主要因素,有余高焊接接头的疲劳极限为216MPa,去除余高的焊接接头疲劳极限为400MPa。     

高强度细晶粒结构钢焊接性影响因素综述

综述了涉及高强度细晶粒结构钢焊接性的影响因素。结果表明，高强度细晶粒结构钢焊接性主要问题是接头的冷裂纹敏感性、HAZ的软化和脆化倾向，以及再热裂纹敏感性。焊缝强度匹配对铁研试件裂纹形态的影响，涉及焊缝与母材的相变温度以及焊缝中氢的扩散方向等因素。焊接接头硬度分布中呈现的低硬度HAZ软化区与接头拉伸试件断口部位相一致，表明HAZ软化区是该接头的薄弱环节。热输入对接头力学性能的影响表现为随热输入增大，抗拉强度和屈服强度均被降低，焊缝和HAZ区的冲击吸收能量略有减小。激光焊接试样的较高疲劳寿命是激光焊接工艺特性所决定的。     

X80级准1219 mm×18.4 mm螺旋缝埋弧焊管焊缝组织与性能

利用夏比冲击、显微硬度和金相试验研究了 X80级准1219 mm×18.4 mm螺旋缝埋弧焊管焊缝韧脆转变特性、显微硬度分布及微观组织特征。研究结果表明,温度变化对焊缝韧性有显著影响,焊缝存在韧脆转变现象,韧脆转变温度为-40℃; HAZ在试验温度范围内无韧脆转变现象出现,冲击韧性优良。显微硬度峰值出现在焊缝中心附近。外焊缝区为针状铁素体+少量准多边形铁素体组织;内焊缝区为多边形铁素体+少量针状铁素体组织,晶粒尺寸较外焊缝区粗大;而HAZ为粗大且均匀性差的粒状贝氏体组织,且晶界清晰可见。     

X80级ф1219mm×18.4mm螺旋缝埋弧焊管焊缝组织与性能

利用夏比冲击、显微硬度和金相试验研究了X80级ф1 219 mm×18.4 mm螺旋缝埋弧焊管焊缝韧脆转变特性、显微硬度分布及微观组织特征。研究结果表明,温度变化对焊缝韧性有显著影响,焊缝存在韧脆转变现象,韧脆转变温度为-40℃;HAZ在试验温度范围内无韧脆转变现象出现,冲击韧性优良。显微硬度峰值出现在焊缝中心附近。外焊缝区为针状铁素体+少量准多边形铁素体组织;内焊缝区为多边形铁素体+少量针状铁素体组织,晶粒尺寸较外焊缝区粗大;而HAZ为粗大且均匀性差的粒状贝氏体组织,且晶界清晰可见。     

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。     

焊接热循环对连续油管焊接HAZ组织的影响

为了探究不同焊接热循环条件对连续油管焊接HAZ组织的影响规律,采用热模拟技术、电子背散射衍射(EBSD)、 X射线衍射(XRD)等显微分析方法和硬度测试等手段,对不同峰值温度和冷却时间下的焊接HAZ组织影响规律进行了分析。结果表明,随着峰值温度的增加,管材硬度值变化呈先下降后上升趋势,且在800℃时软化最为严重;当峰值温度达到950℃和1 300℃时,组织晶粒的粗化随冷却时间延长更为明显,硬度值也逐渐增大;焊接作业时可以采用低能量焊接和加铜块水冷的方法来减弱焊接热循环对焊接接头的影响。     

16Mn管线钢管在役焊接修复的研究

在役管道焊接修复可以解决泄压停输修复中的修复工期长,经济损失及环境污染较大等问题,具有很广的应用前景。研究了16Mn管线钢管在役焊接修复过程中接头的组织与性能,研究结果发现：焊接电流为110A时,增大冷却速度,焊缝出现更多的侧板条铁素体和上贝氏体,热影响区(HAZ)甚至出现了M-A组元;在流动水冷却下,增大焊接电流,侧板条铁素体减少,焊缝的柱状晶比例减小,等轴晶比例增加;采用多层多道焊可以改善结晶条件,细化组织,降低硬度,对焊接接头有益。     

X65/2205耐蚀合金内衬管焊接工艺开发及焊接接头耐蚀性研究

根据X65/2205耐蚀合金内衬管焊接特点,开发了一种钨极氩弧焊焊接工艺。对内衬管焊接接头进行了显微组织分析、点蚀试验,抗H2S应力腐蚀开裂试验(SSCC)分析。结果表明:焊接接头HAZ的显微组织靠母材一侧为粗大的奥氏体晶粒,靠焊缝一侧为奥氏体基体上分布着铁素体;根部焊缝的显微组织为奥氏体基体上分布着铁素体。经过72h的点蚀试验后,对根部焊缝而言,钨极氩弧焊背部免充气保护焊接工艺得到的根部焊缝的耐腐蚀性与相邻的根部母材相当。经过720 h SSCC试验后,焊接接头均未发生开裂。     

X90和X100管线钢管HAZ夏比冲击韧性研究

对X90和X100管线钢管进行了夏比冲击试验,发现焊缝HAZ韧性有所降低,通过金相组织观察,发现热影响区出现不同程度的板条马氏体组织,经过硬度试验,认为脆硬的板条马氏体的出现降低了焊缝HAZ的韧性指标,是夏比冲击性能不合格的主要原因。将试样在不同温度下进行回火热处理后焊缝HAZ的韧性性能均有明显提高,说明通过热处理能有效地降低甚至消除淬硬组织对焊缝热影响区冲击韧性的影响。     

连续油管管材及焊接热影响区显微组织分析

为了研究连续油管对接焊时焊接热影响区的显微组织特征,选取连续管管材及焊接接头,通过显微硬度变化确定焊接热影响区(heat affected zone, HAZ)位置,观察热影响区显微组织,利用金相显微镜、 XRD、 EBSD及TEM对HAZ区域进行表征。试验结果表明,连续油管管材显微组织主要以粒状贝氏体为主,其中还存在少量针状铁素体及等轴晶铁素体组织, EBSD试验结果得出管材平均晶粒尺寸为4.9μm,利用TEM观察到大量位错及第二相。并对焊接热影响区中粗晶区、细晶区及不完全重结晶区进行了表征,得到了一系列具有对比性的结果。