X80钢焊缝再热后的组织与性能
X80热连轧管线钢的成分_工艺对组织及性能的影响
第44卷 第4期 2009年4月钢铁Iron and Steel Vol.44,No.4April 2009X 80热连轧管线钢的成分、工艺对组织及性能的影响崔天燮1, 尚成嘉2, 缪成亮2, 薛文广1, 胡玉亭1(1.山西太钢不锈钢有限公司技术中心,山西太原030003; 2.北京科技大学材料与工程学院,北京100083)摘 要:对三种不同成分设计的Mn 2Mo 2Nb +钢的精轧轧程、轧制温度以及C 、Mo 含量对热轧板卷屈服强度和DW T T 撕裂面积等性能的影响进行了研究,所得到的结论对提高强度,细化奥氏体晶粒,避免混晶具有指导性。
采用含Mo 低碳、高Nb 设计,控制精轧轧程,可以获得具有优良强度和韧性的X80热连轧管线钢产品。
关键词:X80热连轧管线钢;平均流变应力;再结晶;精轧工艺中图分类号:T G14214 文献标识码:A 文章编号:04492749X (2009)0420055205E ffect of the Composition and Process on Microstructure andProperties of X 80Pipeline H ot Strip SteelCU I Tian 2xie 1, SHAN G Cheng 2jia 2, M IAO Cheng 2liang 2,XU E Wen 2guang 1, HU Yu 2ting 1(1.Technology Center ,Taiyuan Iron and Steel (Group )Co.,Ltd.,Taiyuan 030003,Shanxi ,China ;2.School of Materials Science and Engineering ,University of Science and T echnology Beijing ,Beijing 100083,China )Abstract :Based on Mn 2Mo 2Nb system with three different content ,the effect of finishing rolling parameters and rolling temperature as well as the content of C and Mo on yield strength and DWT T shear area values of X80hot strip pipeline steel were investigated.The results are of practical significance to improvement yield strength and to refinement austenite grain size along with to restraint recrystallization during finish rolling.By adjusting the chemi 2cal composition and optimizing the process parameters ,excellent toughness and high strength can be obtained.K ey w ords :X80pipeline strip steel ;mean flow stress ;recrystallization ;finish rolling process作者简介:崔天燮(19572),男; E 2m ail :cuitx @ ; 修订日期:2008210207 “西气东输二线工程”是继中国“西气东输一线工程”后又一世界级的输气管道工程,它对管线钢提出了极高的要求。
X80管线钢的组织与性能研究
收稿日期:2007202226基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2003AA33G 010);国家自然科学基金资助项目(50271015)・作者简介:衣海龙(1979-),男,辽宁阜新人,东北大学讲师,博士;杜林秀(1962-),男,辽宁本溪人,东北大学教授;王国栋(1942-),男,辽宁大连人,东北大学教授,博士生导师,中国工程院院士;刘相华(1953-),男,黑龙江双鸭山人,东北大学教授,博士生导师・第29卷第2期2008年2月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vol 129,No.2Feb.2008X80管线钢的组织与性能研究衣海龙,杜林秀,王国栋,刘相华(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳 110004)摘 要:利用光学显微镜、扫描电镜、透射电子显微镜等对X80级别管线钢的组织与性能进行了研究・实验结果表明,通过控轧控冷工艺轧制的16mm 厚的X80管线钢的屈服强度达到670MPa 以上时,其屈强比低于0185,韧脆转变温度低于-60℃,达到了很好的强韧性匹配・细化的针状铁素体有效地改善了实验钢的强度及韧性・X80管线钢中存在两种典型的析出物,一种以Nb ,Ti (CN )为主,尺寸较大(50～200nm );另一种以NbC 为主,尺寸细小(小于30nm )・这些纳米级析出物对钢的组织细化和强化起到了重要作用・关 键 词:X80管线钢;控轧控冷;针状铁素体;韧脆转变温度;析出物中图分类号:TG 115.21+3 文献标识码:A 文章编号:100523026(2008)022*******Microstructure and Mechanical Properties of Pipeline Steel X 80Y I Hai 2long ,DU L i n 2xi u ,W A N G Guo 2dong ,L IU Xiang 2hua(The State K ey Laboratory of Rolling Technology &Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China.Correspondent :YI Hai 2long ,E 2mail :longhaiyi -2004@ )Abstract :The microstructure and mechanical properties of pipeline steel X80were investigated by means of optical electron microscope ,scanning electron microscope ,transmission electron microscope ,etc.The experimental results showed that the yield strength of pipeline steel X80with 16mm wall thickness can be up to over 670MPa through controlled rolling/cooling ,and the ratio of tensile strength to yield strength and ductile 2brittle transition temperature are lower than 0.85and -60℃,respectively ,thus providing a nice match between strength and toughness.Fine acicular ferrite has good effect on both the strength and toughness of the steel.Two kinds of precipitates were observed in the steel ,where the coarse ones are mainly the Nb and Ti (CN )ranging from 50nm to 200nm ,and the fine ones are mainly NbC less than 30nm.Both the nano 2precipitates play an important role in strengthening and grain refinement of the steel.K ey w ords :pipeline steel X80;controlled rolling/cooling ;acicular ferrite ;ductile 2brittle transition temperature ;precipitate能源结构的调整和能源需求的增加促进了大口径、高压、长距离输送天然气管线的发展・为了降低管线建设和运营成本,提高管线安全性和可靠性,高压大口径管线用钢不仅要具有更高强度,还要具有更高韧性[1-2]・目前,发达国家已广泛使用X70级别管线钢,X80级别管线钢也已开始试应用,并正在研制开发X100/120级别的管线钢;国内也开始生产X70级别管线钢,并加快了对X80管线钢的研究[3-6]・从管线建设的发展趋势来看,X80管线钢在工程上的应用将逐渐增加[7-8]・因此,X80级别的高强度管线钢具有重要的研究价值与应用前景・本文主要结合国内某厂的设备情况,通过实验室的热轧实验,开发出厚度规格为16mm 的X80级别管线钢,对其组织及力学性能进行了研究,并分析了析出物的形貌及成分,为制定现场的轧制生产工艺提供了重要依据・1 实验材料和方法实验钢采用真空感应炉冶炼,并浇铸成100kg 钢锭,其化学成分如表1所示・热轧试样的断面尺寸为100mm ×100mm ・首先,将热轧试样加热到1200℃保温1h 后,利用<450mm 实验轧机,经两阶段控温轧制・第一阶段的轧制温度为1050～1000℃,第二阶段轧制温度为900～800℃;轧制后经加速冷却后得到16mm厚的钢板・表1 X80管线钢的化学成分(质量分数)Table1 Chemical compo sition of pipeline steel X80(mass fraction)%C Si Mn P S Nb+V+Ti Mo Ni Cu0.080.31 1.820.0060.00250.110.280.20.1对钢板取样后在100t电液伺服万能实验机上进行拉伸性能实验・采用矩形试样,标距长度为80mm,标距内宽度为20mm・从实验钢板上沿垂直于轧制的方向上切取冲击试样,经机床加工成10mm×10mm×55mm的夏比V型缺口冲击试样,在20,-20,-30,-40,-60℃温度下,按照G B4159—84和G B/T229—1994的标准规定,在JB2300B机械式半自动冲击实验机上进行冲击试验・应用L EICA-DM IRM多功能光学显微镜和J SM-5500LV扫描电镜观察显微组织,利用H-800透射电镜观察试样组织及析出物・2 实验结果2.1 实验钢的性能表2,表3分别为轧制得到的X80管线钢的力学性能及系列冲击性能・由表2可知,经实验室两阶段控温轧制得到的X80管线钢具有良好的力学性能,R t0.5为678～688MPa,R m为802～903MPa・当实验钢的R t0.5达到600MPa以上时,其具有较高的抗拉强度、良好的断后伸长率及良好的综合力学性能・管线钢的屈强比(屈服强度与抗拉强度之比)是钢管抵抗破裂的重要参数,它体现了材料从屈服到最后断裂过程中的变形能力・根据世界上各石油公司天然气钢管的技术条件,对屈强比的限定值多数在0185以下,实验用16mm厚的X80管线钢达到此规范要求・由表3可知,在-60～20℃温度范围内,虽然X80表2 X80管线钢的力学性能Table2 Mechanical propertie s of pipeline steel X80R t0.5/MPa R m/MPa A80/%屈强比688884250.78679903240.75678802250.84表3 X80管线钢冲击实验结果Table3 Impact te st data of pipeline steel X80实验温度/℃A kV/J(横向)单值平均值20366366372368 -20351376393373 -30384374405388 -40379366347364 -60343309318323管线钢板冲击吸收功随温度的变化有所波动,但是变化幅度相对较小,都在300J以上;由此可知,其韧脆转变温度低于-60℃,实验钢具有良好的低温韧性指标・2.2 显微组织分析图1为X80管线钢的金相组织照片・由图1可知,X80管线钢的金相组织由多边形铁素体和贝氏体组成,由SEM观察可知,铁素体形状都被显著地拉长成为细条状,形状不规则,呈针状铁素体形貌;同时,未发现典型的贝氏体的板条结构,如图2所示・图1 X80管线钢的组织Fig.1 Micro structure of pipeline steel X80图2 X80管线钢的SE M组织形貌Fig.2 SE M image of morphology of pipeline steel X80应用透射电镜进一步观察实验钢的组织,其结果如图3所示・由图中可以看出,其组织呈现明显的针状铁素体形貌,组织中针片结构较为发达・这是由于实验钢中含有的合金元素钼能够使铁素体析出线明显右移,从而抑制先共析铁素体的形成,但对贝氏体转变的推迟较小,所以,过冷奥氏体直接向贝氏体转变・同时,由于钼的存在,碳在412东北大学学报(自然科学版) 第29卷奥氏体中的扩散激活能增加,从而使碳的扩散系数降低;因此,钼在强烈抑制先共析铁素体的析出和长大的同时,促进了高密度位错亚结构的针状铁素体的形成[9]・图3 X80管线钢的TE M 组织形貌Fig.3 TE M image s of morphology of pipeline steel X80(a )—多边形铁素体+针状铁素体;(b )—针状铁素体・由表2和表3可知,组织的细化在提高实验钢强度的同时,也有效地改善了实验钢的韧性・由透射电镜观察可知,实验钢中M/A 岛的数量较少,且尺寸较小・虽然M/A 岛为脆性组成物,对管线钢的韧性可能有不利影响,但均匀细小的M/A 岛有利于改善钢板的韧性・在实验钢中形成的M/A 岛主要是由于钢的成分和工艺的影响・首先,从化学成分上来说,实验钢的含碳量直接影响到岛状物的相对数量,由于本文所用的实验钢碳含量相对较低,因此,一定程度上减少了岛状组织的形成・其次,在热轧过程中,采用较大的冷却速度可以减小岛状物的相对数量及尺寸,有利于改善实验钢的韧性・2.3 析出物的分析由表2,图2和图3可知,实验钢经控制轧制和控制冷却后得到了细小的针状铁素体组织,获得了钢板的细晶强化效果,提高了钢板的强度・对于针状铁素体型的微合金钢来说,除了固溶强化和细晶强化,还有不可忽视的析出强化・为了进一步分析析出物的成分及形貌,对实验钢进行了透射观察及成分测定・图4为利用透射电镜观察到的典型的析出物的形貌及对应的成分分析・由图图4 X80管线钢的TE M 析出物及对应成分Fig.4 TE M image s of precipitate s and their compo sitions in pipeline steel X80(a )—尺寸较大的析出物;(b )—尺寸较小的析出物;(c )—对应的成分分析・512第2期 衣海龙等:X80管线钢的组织与性能研究4可知,X80管线钢中的析出物主要为微合金元素的碳氮化物・在组织中能观察到不同尺寸的碳氮化物,它们主要是在不同阶段不同温度下析出的,在钢中主要有以下两方面作用・1)相对较大的碳氮化物尺寸一般在50～200nm 范围内,它们一般是在冷却过程的较高温度下析出的,其主要作用是钉扎晶界,阻止奥氏体晶粒长大・图4的成分分析表明,这种尺寸较大的碳氮化物主要为Nb ,Ti (CN )・在多种碳氮化物中,TiN 的作用最显著,这是由于TiN 在奥氏体中的溶解度最低,热力学稳定性较高,最不容易粗化[10]・2)相对较小的碳氮化物尺寸一般在30nm 以下,这种碳氮化物主要是在奥氏体向铁素体转变过程中或冷却到单相的铁素体相区时形成的・过饱和的固溶微合金元素在脱溶过程中析出了这种碳氮化物,尽管它们的体积分数很小,却能起到有效的强化作用・图4中析出物的形貌和成分分析表明,这种尺寸细小的碳氮化物主要为NbC ,尺寸大多在10nm 以下,由于实验钢中含有微合金元素钒,因此在成分测定中也检测到钒的碳氮化物・图5为X80管线钢中析出物的分布示意图・由图可知,尺寸细小的析出物的数量较多,它们对提高实验钢的强度起到了重要作用・在现场的生产过程中,综合利用微合金元素的作用,合理控制其析出相的析出过程是管线钢开发的关键・前面对析出物的分析表明,在析出总量相同的条件下,析出物的尺寸越细小,分布越分散,对强度的贡献越大,同时对韧性的损害越小・图5 X80管线钢析出物分布示意图Fig.5 Block diagram of distribution of precipitate sin pipeline steel X803 结 论1)采用控轧控冷工艺轧制16mm 厚的X80管线钢,其中细化的针状铁素体及细小弥散的析出物有效改善了实验钢的强度及韧性・X80管线钢的屈服强度达到670MPa 以上,其屈强比低于0185,韧脆转变温度低于-60℃,达到了很好的强韧性匹配・2)X80管线钢中大致存在两种典型的析出物・一种以Nb ,Ti (CN )为主,尺寸较大(50～200nm );另一种为以NbC 为主,尺寸细小(小于30nm )・尺寸细小弥散的析出物有效提高了实验钢的强度,并在一定程度上改善了韧性・参考文献:[1]郑磊,傅俊岩・高等级管线钢的发展现状[J ]・钢铁,2006,41(10):1-10・(Zheng Lei ,Fu J un 2yan.Recent development of highperformance pipeline steel [J ].Iron and Steel ,2006,41(10):1-10.)[2]庄传晶,冯耀荣,霍春勇,等・国内X80级管线钢的发展及今后的研究方向[J ]・焊管,2005,28(2):10-14・(Zhuang Chuan 2jing ,Feng Y ao 2rong ,Huo Chun 2yong ,etal .The development and its future research direction of gradeX80pipeline steel in China [J ].Wel ded Pipe and Tube ,2005,28(2):10-14.)[3]Reip C P ,Shanmugam S ,Misra R D K.High strength microalloyed CMn (V 2Nb 2Ti )and CMn (V 2Nb )pipeline steelsprocessedthroughCSPthin 2slabtechnology :microstructure ,precipitation and mechanical properties [J ].M aterials Science and Engi neeri ng :A ,2006,424(1/2):307-317.[4]Wang C M ,Wu X F ,Liu J ,et al .Transmission electron microscopy of martensite/austenite islands in pipeline steel X70[J ].M aterials Science and Engi neeri ng :A ,2006,438/439/440:267-271.[5]Zhong Y ,Xiao F R ,Zhang J W ,et al .In situ TEM study of the effect of M/A films at grain boundaries on crack propogation in an ultra fine acicular ferrite pipeline steel[J ].Acta M aterialia ,2006,54:435-443.[6]Zhao M C ,Y ang K ,Xiao F R ,et al .Continuous cooling transformation of undeformed and deformed low carbon pipeline steels[J ].M aterials Science and Engi neeri ng :A ,2003,355(1/2):126-136.[7]Xiao F R ,Liao B ,Shan Y Y ,et al .Challenge of mechanical properties of an acicular ferrite pipeline steel [J ].M aterialsScience and Engi neeri ng :A ,2006,431(1/2):41-52.[8]Zhang L ,Shan G.Research and trial production of X80pipeline steel with high toughness using acicular ferrite [J ].Engi neeri ng Science ,2005,3(3):91-94.[9]孔君华,郑琳,郭斌,等・钼在高钢级管线钢中的作用研究[J ]・钢铁,2005,40(1):66-68・(K ong J un 2hua ,Zheng Lin ,Guo Bin ,et al .Effect of Mo in high strength pipeline steel [J ].Iron and Steel ,2005,40(1):66-68.)[10]杨才福,张永权,王宇杰・钛含量对热轧带钢力学性能的影响[J ]・钢铁,1995,30(8):48-51・(Y ang Cai 2fu ,Zhang Y ong 2quan ,Wang Yu 2jie.Effect of Ti content on mechanical properites of hot 2rolled strip steel[J ].Iron and Steel ,1995,30(8):48-51.)612东北大学学报(自然科学版) 第29卷。
焊接二次热循环峰值温度对X80级管线钢组织性能的影响
(1 200 ℃) 。选取的 t8 /5是获取 CGHA Z性能最佳 的焊接冷却规范 。热模拟试验在 Gleeble - 1500D
型热模拟试验装置上进行 ,热模拟曲线见图 4。
表 2 二次热循环热模拟参数
一次热循环
二次热循环
加热速度 / 峰值温 t8 /5 / 层间温 加热速度 / 峰值温 t8 /5 / ( ℃/ s) 度 / ℃ s 度 / ℃ ( ℃/ s) 度 / ℃ s
2 试验结果及讨论
2. 1 焊接二次热循环后的性能
在焊接二次热循环过程中 ,两种 X80钢二次 热循环热模拟组织的夏比冲击试验 (试验温度为
- 20 ℃)结果见表 3。两种管线钢二次峰值温度
与韧性的关系如图 5所示 。
表 3 二次热循环的冲击试验结果
二次峰值 温度 / ℃
600 800 1 000 1 200
·16·
焊 管 2007年 5月
本文主要讨论 X80 级管线钢在多道焊二次 热循环过程中不同峰值温度下组织的变化对性能 的影响 。
1 试验材料及方法
本研究选用的试验材料为厚度 14. 6 mm 和
17. 3 mm 的两种 X80级管线钢钢板 。热模拟试样
为 10. 5 mm ×10. 5 mm ×55 mm 的板状样 ,试样位
夏比冲击试验值 /J
X80 - 1
X80 - 2
328 ( 330, 307, 348)
207 ( 206, 221, 193)
241 ( 205, 240, 278)
157 ( 162, 129, 179)
308 (305, 310)
183 ( 188, 162, 198)
354 ( 353, 360, 348)
X80管线钢成分工艺与组织性能研究
0.70
745
20.0
0.81
755
20.5
0.80
750
19.0
0.82
765
20.0
0.76
825
20.0
0.75
810
19.0
0.76
740
21.0
0.84
AKV/ J 单个值 100 78 143 261 261 273 187 178 187 172 103 167 276 276 270 70 48 82 182 146 173 171 125 102
4 0.039 0.22 1.84 0.0070 0.0054 0.16 0.31
20
Hot Working Technology 2011 , Vol.40, No.24
下半月出版
Material & Heat Treatment 材料热处理技术
用 准500 mm 轧机轧制成 17 mm 厚的钢板，轧制工艺
20 μm
20 μm
21
材料热处理技术 Material & Heat Treatment
20 11 年 12 月
2.3 位错及 M-A 组元 采用薄膜法制取试样， 利用 Tecnai G2 20 型透
射 电 子 显 微 镜 对 1#、5# 及 7# 试 样 进 行 位 错 及 M-A 组元观察。 结果表明，随试样强度的增加，位错密度
超过 150 nm，析出强化效果不大，且其破坏基体的连续性，是导致冲击性偏差的重要原因之一。
关键词：X80； 成分； 终轧温度； 组织； 性能
中 图 分 类 号 ：TG142
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1001-3814(2011)24-0020-04
X80钢的热处理组织和性能研究
Ｔ ｅｍｉ ｏｔ ｅ ｒ ｆ ０ｓ ｅ ｉ ｂｉｉ ｒｔ Ｂ ） ｇａｕａ ａ ｉ Ｇ ） ｈｎｓ ｅ ｉ ｔｍ ｅｅ ｔ ５ ｈ ｃ ｓｕ ｔ ｅｏ ｔ ｌ ｓ ａ ｔ ｆ ｒｅ（Ｆ ｒ ｒ ｕ Ｘ８ ｅ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒｎ ｌ ｂ ｉ ｔ Ｂ ｗ ｅ ｔ ｌｓ ｅ ｐ ｒ ａ ５ ０℃ ａ ｄ ｒ ｎ ｅ（ ｅ ｄ ｎ
３ Ｓ ｈｏ ｔ ｒ ｌ ｃ ｎｅａｄＥ ｇｎｅ Ｉ Ｘ ’ ｈ ｏ ｎｖｒ ｔ Ｘ ’ １０ ５Ｃ ｉ ． ｃｏ ｌｆＭａ ｉ Ｓ ｉｓｙ ｉａ ７０ ６，ｈｎ ｇ， ｎ ｙ ｅ ｉ， ｎ ａ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｅ ｔ ｔ ａｍｅ ｔ ｍｉｒ ｓｒ ｅ ｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｏ ０ ｔｅ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｂ ｍｅ ｎ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｈ ａ ｒ ｔ ｎ ｃ ｏ ｔ ｔ ｒ ｎ ｒ ｐ ｒｉ ｆ Ｘ８ ｓ ｌ ｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｙ ｅ ｕ ｅ ｅ ａ ｓ ｆ ｓ ｃｕ ｅ ｒ
铁 素体 （ Ｆ Ｑ ）为 主 ，导 致屈 服 强度 的严 重 下 降 ， Ｍ／ 组 元在 准 多边 形 铁 素 体 晶 粒 边界 聚 Ａ
集 、长 大 ，使 该钢 表现 出较 差 的低 温韧性 关键词 ：Ｘ８ ０钢 ；微观 组 织 ；热处 理 ；回 火温度 ；力学性 能 中图 分类 号 ：Ｔ ４ ． Ｇ１ ２１ 文献标 志 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１ ０ — ９ ８２ １）６ ０ １— ６ ０ １ ３ ３ （０ １ — ０ ４ ０ ０
６ ０ ｏ ｐ ｒ ａ ｅ ｒｔ ｌｔ ｓ ｉ ｒ ｅ ａ ｄ ｂ ｏ ｄ ｎ ｔ ｅ ｉ ｔｒ ｒ ｓ ｂ－ ａｈ ｂ ｕ ｄ ｒ ｎ ＧＢ ｂ ｇｎ ｔ ｒ ｅ ａ ｄ ０ Ｃ， ａ ｉｌ ｆｒｉ ａ ｈ ｎ ＢＦ ｍｅ ｇ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｈ ｎ ｅ ｉ ｕ ｌ ｔ ｏ ｎ ａ ｙ ｉ ｅ ｉ ｏ ｍｅ ｇ ｎ ｏ
X80管线钢焊接热影响区组织和性能分析
注。目前 ，Ｘ ０管线钢作为新一代高性能管线钢 ８
已进 入规模 化应 用 阶段 ，国家 西气东 输二 线工 程
已大 量采 用 Ｘ ０管 线 钢 。通 过 微 合 金 化 和 控 轧 ８ 控 冷技 术 ，Ｘ ０管线 钢母材 的强 韧性 已基 本满 足 ８
ｒ ｌｅ ｔｉ ｎ ｅ ｅ ｓｔ ａ ｉｎ ｆｄｆｅ ｅ ｔｗｅｄ ｎ ｅ ｔｃ ｃｅ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｉｄｉａｅ ｔ ａ ｅ ｃ ａｓ — ｏ ｌｄ ｓｒｐ ｕ ｄ ｒｔ ｉ ｔ ｓｏ ｉｆｒ ｎ ｌ ｉ ｇ ｈ ａ ｙ ｌｓ ｈ ｅ ｕｔ ｎ ｃ ｔ ｔｔ ｏ ｒ ｅ ｈ ｕ ｏ ｈ ｈ ｇ ａ ｎ ｚ ｎ ｘｓｅ ｎ ＨＡＺ ｈ ｓ ｗｅ ｋ ｒｔ ｕ ｈｎ ｓ ｎ ｅ ｏ ｉｔ ｎ ｓ ． Ｔ ｅ ｂ ｉ ｅ ｅ ｓ ｏ ｏ ｒ ｅ ｒ ｉ ｏ ｅ ｅ ｉｔｄ ｉ ａ ａ ｅ ｏ ｇ ｅ ｓ ａ ｄ ｓ ｒ ｕｓｂｒｔｌ ｅ ｓ ｈ ｒｔ ｎ ｓ ｆ ｃ ａ ｓ — ｉ ｅ ｌ ｔ ｚ ｎ ｓ ｒｂ ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ｇ ａｎ ｓｚ ｈ ｅ ｉ ｃｅ ｓｎ ａ ｔｔ ｆｇ ａ ｕ ａ ａ ｎｔ ｎ ｐ ｅ ａ ｎｔ ｓ ｏ ｅ ａ ｃ ｅ ｏ ｃ ａ ｓ ｉ ｉｅ，ｔ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｑｕ ｎ ｉｙ ｏ ｎ ｌ ｂ ｉ ｉ ａ ｄ ｕ ｐ ｒ ｂ ｉ ｉ ａ ｉ ｒ ｒ ｒ ｅ ｅ ｗｅｌ ａ ｏ ｈ ｒ ｕ ｂ ａ ｃ ｌｗ ｎ ｄ ｌ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｔａ ｓｏｍａ ｏ ｍｉｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ． Ｔ ｅ ｍｐ ｃ ｌ ｓ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｅ ｏ ａ ｄ ｍｉ ｄ ｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｒ ｎ ｆｒ ｔ ｎ ｌ ｉ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｈ ｉ ａ ｔ ｔ ｕ ｈ ｅ ｓ ｆ ｃ ａ ｓ ・ ａｎ ｏ ｅ ｅ ｒ ａ ｅ ｗｉｈ ｈ ｉ ｃ ｅ ｎ ｏ ８５ Ｒｅ ｎ ｄ ｇ ａｎ ｏ ｅ ｓ ｈ ｅ ｏ ｇ Ｈ ｓ ｏ ｏ ｒ ｅ ｇ ｉ ｚ ｎ ｄ ｃ ｅ ｓ ｓ ｔ ｔ ｅ ｎ ｒ ｍｅ ｔ ｆ ｔ／． ｒ ｉ ｆ ｅ — ｒ ｉ ｚ ｎ ｉ ｔ ｓｆｅ ｉ ｇ ｚ ｎ ｎ ＨＡＺ，ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｆｅ ｉ ｇ ｃ ｎ ｅ ｔｉ ｃ ｅ ｓ ｓｗｉ ｅ ｉ ｃ ｅ ｎ ｆｈ ａ ｎ ｕ ． ｏ ｔｎ ｎ ｏ ｅ ｉ ｎ ｏｔ ｎ ｎ ｏ ｔ ｎ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｔ ｎ ｒｍｅ ｔｏ ｅ ｔｉ ｐ ｔ ｈ ｈｈ Ｋｅ ｒ ｓ Ｘ８ ｙ Ｗｏ ｄ ０， ｃ ａ ｅ ｇ ａ ｎ ｚ ｎ ｏ ｒ — ｉ ｏ ｅ， ｔｕ ｈ ｅ ｓ ｍｉｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ｓ ｒ ｏｇ ｎ ｓ， ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ
X80管线钢焊接工艺及可靠性研究－－天津大学博士学位论文
天津大学博士学位论文X80管线钢焊接工艺及可靠性研究姓名：***申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：***20050601盔鲨查羔１兰±：兰堕笙兰表２—７为宝钢研制的Ｘ８０管线钢化学成分Ｔａｂｌｅ２－７ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆＸ８０（ｗｔ％）另外，Ｘ８０钢是高度的“洁净钢”，现代冶金技术的发展已经能够确保杂质元素和气体元素低或超低。
目前国外管线钢的纯净度可达到Ｓ≤５×１０‘４％、Ｐ≤５０×１０４％、Ｎ≤２×１０４％、Ｏ≤１０×１０‘４％、Ｈ≤１×１０‘４％。
２．３Ｘ８０管线钢及其焊接接头的金相组织测试及分析对所研究的Ｘ８０管线钢及其焊接接头（焊接工艺方案：ｓＴＴ半自动焊＋焊条电弧焊）进行了金相组织测试。
由焊缝金属组织图２．１可以看出细长的柱状晶的方向性。
从图２－１还可以看出其组织为：针状铁素体＋粒状贝氏体＋黑色点状珠光体组织＋少量的块状铁素体。
图２—２是熔合线附近的组织。
可以看出熔合区的金相组织主要是粒状贝氏体，（ａ）图２－１焊缝金属组织ＭｉｃｒｏｃｍｃｔｕｒｅｏｆＷｅｌｄＦｉｇ．２－１翌，！兰塑壁垒型垡二立壁坌丝垫生垡堡兰塑型堕塞（ａ）Ｃａ）图２－２熔合线附近组织Ｆｉｇ．２．２ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＦｕｓｉｏｎＺｏｎｅ图２－３细晶区组织Ｆ蟾．２－３ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＦｉｎｅＣｒｙｓｔａｌ（ａ）图２－４母材显微组织Ｆｉｇ．２－４ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＢａｓｅＭｅｔａｌ２０（ｂ）∞（”尽管熔合医较窄，但其晶粒粗大，组织不均匀，对焊接接头强度、塑性都有很大影响，在许多情况下，该区是产生裂纹和局部脆断的发源地。
焊缝与粗晶区可以看到明显的分界处，即熔合线部位，两部分组织对比鲜明。
粗晶区组织如图２－３为分布很不均匀的粗大的板条状马氏体＋粒状贝氏体。
细晶区组织晶粒细小，有大量的针状铁素体＋片状铁素体＋黑色点状珠光体、＋大量的灰黑色粒状贝氏体。
X80管线钢焊缝组织及裂纹形成机制
X80管线钢焊缝组织及裂纹形成机制摘要X80管线钢是近年来开发的高强钢，广泛应用于输油管道等领域。
然而，其焊缝在使用过程中容易出现裂纹，导致管道失效。
本文通过研究X80管线钢焊缝组织及裂纹形成机制，提出了防止裂纹形成的方法。
关键词X80管线钢；焊缝；组织；裂纹；机制正文一、X80管线钢的特点X80管线钢是由铁、碳、锰、硅等元素构成的高强度钢材，其特点是强度高、韧性好、耐蚀性强等。
X80管线钢广泛应用于输油管道等领域，能够满足高强度、高韧性、高耐蚀性等要求。
二、焊接工艺对X80管线钢焊缝组织的影响焊接工艺对X80管线钢的焊缝组织影响较大。
采用合适的焊接工艺能够获得合适的组织结构，从而保证焊缝的性能。
三、裂纹形成机制及防止方法在管道使用过程中，X80管线钢焊缝容易出现裂纹，主要原因是焊接过程中产生了应力集中。
在应力作用下，焊缝出现塑性变形，当应力达到一定程度时，就会出现裂纹。
为了防止出现裂纹，可以通过以下方法：1. 采用低氢焊接工艺，避免氢致裂纹的发生。
2. 控制焊接参数，使焊接热输入控制在合适的范围内，避免过大或过小的热输入，以减少应力集中。
3. 采用预热、后热处理等工艺，调整焊缝的成分和组织结构，减少裂纹的形成。
四、结论X80管线钢焊缝裂纹的形成与焊接工艺、应力、组织结构等因素密切相关。
通过采用合适的焊接工艺、调整组织结构等措施，能够有效避免裂纹的形成，保证X80管线钢管道的安全运行。
五、X80管线钢焊缝组织特点X80管线钢焊缝组织包括母材、热影响区和焊缝区。
热影响区是焊缝周围受到热影响而发生变化的区域。
在X80管线钢焊接过程中，焊接热输入对于热影响区的温度及局部组织有很大的影响。
如果热输入过大，会导致组织过热和晶间腐蚀等问题，从而导致焊缝性能下降。
相反，热输入过小，易导致焊缝性能弱，且产生大量的残余应力。
因此，要控制好热输入量，获得理想的焊接组织。
六、X80管线钢焊缝裂纹形成机制X80管线钢焊缝裂纹形成的原因多种多样，其中焊接应力是影响的主要因素。
X80级高温轧制工艺管线钢的组织及性能
Ｔａｂ．１
表１ ＸＢＯ管线钢的力学性能 Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｔｅｅｌ ＸＳ０
００．００６０．来自１２０．０１８应变
图２ Ｘ８０管线钢的应力一应变曲线
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ Ｖｓ ｓｔｒａｉｎ ＣＵＩ＇Ｖｅ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｔｅｅｌ Ｘ８０
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｔｅｅｌ Ｘ８０，ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｏｎｅｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ Ｎｂ，
０．２∞，ａｎｄ Ｔｉ（ＣＮ）ｗｉｔｈ ｓｉｚｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ５０ ｎｍ ｔｏ
显微镜和ＪＳ胁５５００Ｌｖ型扫描电镜（ＳＥＭ）观察显
微组织，用Ｈ－８００型透射电镜（ＴＥＭ）观察试样组织 及析出物。
２试验结果
２．１显微组织及力学性能 由表１可见，经试验室两阶段控温轧制得到的
ＸＳ０管线钢具有良好的力学性能。当试验钢的屈服 强度达到６００ ＭＰａ以上时，其具有较高的抗拉强 度、良好的断后伸长率，具有较好的综合力学性能。 管线钢的屈强比是钢管抵抗破裂的重要参数。根据 ＡＰｌ５ＬＸ８０管线钢的技术条件，对屈强比的限定值 在０．９２以下，而国外大部分石油公司的规范都限制 屈强比不超过０．９０［２ｌ，根据此规范，试验用钢达到 要求。由图２可见，拉伸试验得到的应力一应变曲线 未出现明显的屈服平台，具有连续屈服行为，因而具 有较高的形变强化能力［３］。
ＹＩ Ｈａｉ－ｌｏｎｇ，ＤＵ Ｌｉｎ－ｘｉｕ，、）ｌ，ＡＮＧ Ｇｕｏ－ｄｏｎｇ，ＬＩＵ Ｘｉａｎｇ－ｈｕａ （Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０００４，Ｃｈｉｎａ）
焊接热输入对X80焊管焊缝组织与性能的影响
ｔ ｕ ｈ ｅ ｓｉ ｈ ｌ ｏ ｒ ｅ ｇ ａ ｎ ｄ ｈ ａ — ｆｅ ｔ ｄ ｚ ｎ （ Ｃ ＨＡＺ）ｏ ｌ ｉ ｇ ｓ ａ ｏ ０ ｐ ｐ ｌ ｅ ｏ ｇ ｎ ｓ ｎ ｔ ｅｗｅ ｄ ｃ ａ ｓ ｒ ｉ ｅ ｅ ｔａ ｆ ｃ ｅ ｏ ｅ Ｗ Ｇ ｆｗｅ ｄ ｎ ｅ ｍ ｆＸ８ ｉ ｅｉ ｎ
７ ０ ６ ，Ｃｈ ｎ ； ａ ｊ Ｐ ｔｏｅ ｍ ｔｅ ｐ ．Ｌｔ ． １０ ５ ｉａ ２ Ｂ ｏｉ ｅ ｒ ｌｕ Ｓ ｅ ｌ ＰｉｅＣｏ， ｄ ，Ｂａ ｊ ７ １ ０ ，Ｓ ａ ｎ ｉＣｈｎ ） ｏ ｉ ２ ０ ８ ｈ ａ ｘ ， ｉ ａ
摘 要 ： 对 双 面螺 旋 埋 弧焊 管 所 具 有 的 先 内 焊 后外 焊 的焊 接 顺 序 特 点 ， 针 以实 际 焊 缝 为 研 究 对 象 ， 用 焊 接 热 循 环 理 论 ， 采 利 用焊 接 热 模 拟 技 术 、 代 材 料 力 学 性 能 检 测技 术 和 显 微 分 析 方 法 ， Ｘ ０管 线 钢 内焊 缝 在 不 同 热 输 入 下 的 韧 性 分 布 现 对 Ｓ 规 律 以 及 组 织 特 征 进 行 了 研 究 。结 果 表 明 ： 焊 接 线 能 量 为 １ ～ ３ ｋ／ｍ 时 ， ８ 管 线 钢 焊 缝 粗 晶 热 影 响 区 当 ７ ５Ｊ ｅ Ｘ０ （ ＧＨＡｚ 可 获 得 较 好 的 韧性 水 平 ， 中线 能 量 为 ２ ｋ ／ｍ 时 ， Ｇ ｗＣ ） 其 ０ Ｊｃ ｗＣ ＨＡ Ｚ可 获 得 最 佳 韧 性 水 平 。 当 焊 接 线 能 量 小 于 １ ｋ／ｍ 和 大 于 ３ ｋ／ｍ 时 ， Ｓ 管 线 钢 ＷＣ ＨＡＺ的韧 性 水 平 都 有 所 下 降 。 因此 可 将 １ ～ ３ ｋ／ｒ 的 线 能 量 作 为 ＸＳ ７ Ｊｃ ５ Ｊｅ Ｘ０ Ｇ ７ ５Ｊｅ ａ ０
X80管线钢弯管
二次加热对X80级弯管组织与强韧性的影响研究张小立1罗金恒 2 杨来平 3（1．中原工学院材料与化工学院，河南郑州 450007；2.中国石油天然气集团公司管材研究所，陕西，西安，710065；3.青海油田管道输油处，青海，格尔木市，816000）摘要：本文是基于弯管热弯过程的二次加热热模拟，即母管钢管材二次加热过程中的强韧性能和组织的变化关系研究。
通过对两种不同的管线钢在不同二次加热工艺下组织性能变化关系的研究，探讨了X80级弯管热加工工艺过程中热处理制度对材料强度、韧性的影响规律；并对材料组织的变化规律进行了研究。
统计分析结果表明控制使强度提高的马氏体生成是获得高性能X80级强韧性合理匹配的弯管的关键。
关键词：X80级弯管；热加工；强韧性；马氏体；西气东输工程The Relationship between Microstructure and Mechanical Propertyof Heat Treated X80 Bend PipeZHANG Xiao-li(1. Materials and chemical engineering school of zhongyuan university of technology Zhengzhou,Qinghai Oil Field Pipeline Transmitting Point; Geermu 816000; Qinghai; China)Abstract: This paper is the thermal simulation of mother pipes in the bending process, ie. the reheating process in bend pipe producing, in which the relationship between the performance and microstructure of bending pipes are studied. By the research on the relationship between microstructure and properties of two steel with different critical quenching diameter (Di) in reheating process, The relationship between heat treating regime of X80 grade bend pipes at heat process and its strength and toughness are discussed, also the regularity of microstructure of these selected materials after heat treat are showed in this paper. The results indicate that controlling the formation of microstructure which will improve the strength as martensite and granular bainite isthe key points in gainning high quality X80 grade bend pipes.Key words: bend pipe; heat process; strength- toughness; martensite; west-east gas project在长输管道建设中，为满足线路走向的设计要求，管道通常需要转弯来改变方向。
冷却时间对X80钢焊接热影响区粗晶区组织及性能的影响
Nb 0. 08
Cu
Ti
B
Fe
0. 15 0. 014 0. 0001 Bal．
2 结果及分析
2. 1 显微组织分析 由图 1（ a） 可知，X80 钢原始组织为细小的针状
铁素体组织，仍保留轧制的痕迹，原奥氏体晶粒沿轧 制方向被拉长。焊接热模拟得到的不同 t8/5粗晶区组 织如图 1（ b） 、1（ c） 、1（ d） 、1 （ e） 、1 （ f） 所示。通过热 模拟得到的焊接热循环粗晶区组织与母材原始组织 相比，发生了较为显著的变化，晶界明显，晶粒显著长 大，组织类型和分布也发生了变化。
热模拟粗晶区组织在 － 20 ℃ 条件下的冲击功如 图 2 所示。由图 2 可知，X80 钢粗晶区组织冲击功随 冷却时间 t8/5的增大而先增大后减小。粗晶区组织在 t8/5 = 7 s 时具有最高冲击功，冲击功为 262 J，与母材 的原始冲击功 320 J 相比，只是母材的 79% ，下降了 21% ，韧性显著降低。冷却时间 t8/5 = 16 s 时，粗晶区 组织的冲击功仅为 133 J，冲击功最小，只有原始组织 的 41% ，比 t8/5 = 7 s 时粗晶区组织冲击功低129 J，韧 性较差。当 t8/5 = 4 s 时，组织的冲击功为 231 J，由于 热输入小，材料冷却速度快，材料的高温停留时间短， 所以晶 粒 长 大 程 度 不 大，与 t8/5 = 16 s 相 比，晶 粒
X80钢直缝高频焊管的力学性能
X80钢直缝高频焊管的力学性能摘要：X80钢直缝高频焊管是一种在当前管材市场上应用广泛的钢管类型之一。
本文主要对X80钢直缝高频焊管的力学性能进行探究，其中对管材的拉伸性能、屈服点、弯曲性能、冲击性能等进行了详细分析。
通过对实验结果的统计和分析，得出结论：X80钢直缝高频焊管具有良好的力学性能，其屈服点达到了800 MPa以上，冲击性能和弯曲性能均优于其他材质的钢管。
关键词：X80钢、直缝高频焊管、力学性能、屈服点、弯曲性能、冲击性能正文：1. 引言在现代工业生产过程中，钢管是一种重要的材料之一。
在众多钢管类型中，X80钢直缝高频焊管是一种在当前市场中应用广泛的钢管类型之一。
通过对其力学性能进行探究，有助于更好地了解这种钢管的性能和特点，从而推进其在工业生产中的应用和发展。
2. 实验方法本次实验选取了几批X80钢直缝高频焊管，并对它们的拉伸性能、屈服点、弯曲性能和冲击性能等方面进行了测试和分析。
实验所用设备包括拉压试验机、万能试验机、弯曲试验机和冲击试验机等。
实验时，根据国际标准制定了测试规范，确保数据的准确性和可比性。
3. 实验结果通过对实验数据的统计和分析，得出以下结果：3.1 拉伸性能在实验中，对X80钢直缝高频焊管的拉伸性能进行了测试。
测试结果表明，在最大荷载的情况下，管材的断裂伸长率在10%以上，达到了国家标准的要求。
3.2 屈服点测试结果显示，X80钢直缝高频焊管在屈服点上具有较高的抵抗能力，其屈服点达到了800 MPa以上。
这与其高强度的特点是相符合的。
3.3 弯曲性能实验中还对X80钢直缝高频焊管的弯曲性能进行了测试。
测试结果表明，管材的弯曲性能明显好于其他材质的钢管，其最大弯曲角度达到了180度以上。
3.4 冲击性能在冲击试验中，X80钢直缝高频焊管的冲击能量达到了10 J以上，且出现明显的塑性变形，表明其在承受冲击荷载时具有较好的韧性和耐久性。
4. 结论通过对实验结果的统计和分析，得出结论：X80钢直缝高频焊管具有良好的力学性能，其屈服点达到了800 MPa以上，冲击性能和弯曲性能均优于其他材质的钢管。
浅析x80管线钢性能特征及技术挑战
162浅析X80管线钢性能特征及技术挑战张 纯（南京钢铁股份有限公司，江苏 南京 210035）摘 要：随着国民经济的发展，各类高性能的钢材料得到了进一步的研究和应用。
其中，X80管线钢是当前应用最为广泛的高强度管线钢之一，经过特定的工艺处理后，可以满足大管径、高压力环境下对管线钢的要求。
因此，本文首先从冶金技术、冶金特征、焊接工艺等方面分析了X80管线钢的性能特征，进而针对腐蚀、氢致开裂、应变失效、焊缝区失效等几种服役失效类型进行了研究，以此为基础，探讨了发展X80管线钢的技术挑战，以为我国经济的可持续发展提供技术方面的保障。
关键词：X80管线钢；性能特征；技术挑战中图分类号：TE973 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）03-0162-2收稿日期：2020-03作者简介：张纯，女，生于1987年、江苏南京人，本科，工程师，研究方向：中厚板轧制优化。
近年来，随着改革开放的逐步深入，我国经济获得了飞速的发展，工业生产过程中需要用到更多高性能的钢材料。
尤其是在油气运输中，管道是最为安全、可靠的运输方式之一。
为了进一步满足工业生产的需要，就要不断提升油气运输的能力，因此，能够适应油气管道性能要求的高强度管线钢得到了更加深入的研究和应用。
其中，X80管线钢是当前应用最为广泛的高强度钢材料之一，其主要是通过合金化工艺生产得来，通过近些年的研究发现，在材料中添加少量合金元素后，可以进一步提高钢材的强度与韧性，从而可以充分满足管道运输的需要。
1 X80管线钢的性能特征提高钢材料的强度，不仅能够提高管道的操作压力进而扩大运输量，还能降低管道厚度，有效控制生产成本，这必然推动了高强管线钢的持续研发与生产。
下面对X80管线钢的性能特征展开论述。
1.1 冶金技术（1）合金化处理。
实践表明，X80管线钢有着高度细化晶粒、高清洁度的特征，组成成分中的硫含量比较低，氧化物等有害物质含量也比较少，包含极少量的碳以及铌、钒等元素。
X80管线钢焊接热影响区组织性能改善措施
X80管线钢焊接热影响区组织性能改善措施赵波;李国鹏;王旭;谷雨;肖福仁【摘要】采用热模拟试验方法，研究了一种X80管线钢热影响区在不同冷速、焊接线能量和峰值温度下的金相组织和力学性能变化规律。
试验表明：适当提高焊缝热影响区冷速可以改善其组织和强韧性能；在相同焊接线能量的条件下，试验X80钢焊接热影响区的临界区、粗晶区冲击韧性最差并分别出现一处谷值，细晶区强度最差；采用较小线能量焊接有利于改善热影响区综合强韧性；采用高熔敷率复合高效多丝埋弧焊低线能量化焊接工艺、随焊加速冷却工艺、焊后焊缝及热影响区局部中频正火热处理工艺，可以有效改善X80管线钢热影响区强韧匹配性能。
%By using the thermal simulation test, the changing rules of the metallurgical structure and mechanical properties of weld HAZ of X80 pipeline steel under different cooling rates, welding heat inputs and peak temperatures were discussed in this essay. The tests showed that: Appropriate increase of the cooling rate in the weld HAZ can improve the microstructure, strength and toughness of the weld HAZ;under the same welding heat input, the impact toughness of the critical zone and the coarse grain zone are poor and a valley occurs respectively in these two zones, the strength of the fine grain zone is the lowest;welding adopting a relatively low heat input is beneficial to improve the comprehensive strength and toughness of weld HAZ. According to analysis result, a welding procedure with high deposit rate, high-efficiency multi-wire submerged arc welding and lower heat input, a simultaneous accelerate cooling process, and a local intermediate-frequency normalizing treatmentof weld & HAZ post-welding can effectively improve the comprehensive strength-toughness performance of weld HAZ of pipeline steel.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】8页(P47-54)【关键词】X80管线钢;组织性能;低线能量化焊接;随焊加速冷却;局部中频正火【作者】赵波;李国鹏;王旭;谷雨;肖福仁【作者单位】中国石油集团渤海装备研究院输送装备分院，河北青县 062658;中国石油集团渤海装备研究院输送装备分院，河北青县 062658;中国石油集团渤海装备研究院输送装备分院，河北青县 062658;燕山大学材料科学与工程学院，河北秦皇岛 066004;燕山大学材料科学与工程学院，河北秦皇岛 066004【正文语种】中文【中图分类】TG142.10 前言随着油气管道高压、长距离、大管径输送技术的发展，对管线钢的强度、韧性和焊接性能提出了越来越高的要求。
X80和X90管线钢热影响区组织与韧性对比
X80和X90管线钢热影响区组织与韧性对比李国鹏;韩秀林;赵波;陈小伟;高磊;杜国强【摘要】In this article, the microstructure and properties of different zones of X80 and X90 pipeline steel HAZ were studied by using thermal simulation, the result indicated that the microstructure and properties of two kinds of pipeline steel in different regions are with similarities, alsowith some differences. In the four regions (coarse grained region, fine grained region, critical zone, subcritical zone) of the heat affected zone,the similarities are that toughness are both better in two regions (subcritical zone, fine-grained region), but the toughness in coarse grained region and critical zone both are poor; The differences are reflected in the toughness in fine-grained region of X90 steel grade is worse than that ofX80 grade. After analysis, it is mainly due to in fine grained region of X90 steel, the massive ferrite with worse low temperature toughness is more than that of X80 steel.%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。
X80管线钢的焊接性与埋弧焊焊丝
本科毕业设计（论文）外文文献题目：X80管线钢的焊接性与埋弧焊焊丝作者：黄治军胡伦骥缪凯张小枫陈浮翻译学生：谭佳瑞学号：********专业班级：材料科学1101指导教师：***2014年6月20日X80管线钢的焊接性与埋弧焊焊丝摘要:焊接性测试显示，X80及其匹配的埋弧焊焊丝具有完善的细致晶粒，低含硫，高强度，高韧性等性质。
在焊接热影响区HAZ进行最大硬度测试和斜Y型坡口测试，结果显示X80钢具有低的淬透性和良好的抗开裂性。
采用新型低碳多元合金WGX2型SAW焊丝制造的SAW 接头表现出稍高于金属基体的强度，合格的弯曲强度，在最大限度硬度和良好的冲击韧性下，可完全满足X80管线钢的技术要求。
尽管在热影响区HAZ处晶粒略有粗化，但尺寸仍比传统钢种细得多。
焊缝金属的组织几乎全是针状铁素体。
以上结果显示出X80管线钢与WGX2焊丝的优良焊接性。
关键字：X80，焊接性，焊丝，机械性能，针状铁素体，贝氏体0、简介随着我国天然气事业的发展，管道建设飞速发展。
出于成本和安全的考虑，管线钢的强度要求和管线钢的工作压力迅速增加。
在以往管线钢主要采用X65型，目前的西气东输工程中主要使用了X70型，而X80型则引起人们的广泛关注，且有望投入建设一些试验性管道。
X80采用更先进的炼钢轧制技术。
相比于X70，X80成分更加纯净且硫含量更低。
TMCP 技术的应用进一步细化了X80的晶粒，使晶粒尺寸达到了微米级，提高了强度和韧性。
从含碳量角度分析，X80钢可分为两类，一类具有像X70一样的高含碳量，另一类则为低含碳量。
本次试验所采用的X80即为第二种，含碳量为0.45%。
在金相显微镜下，X70早期为F+P的混合结构，后期为针状F，而X80则发展为F+B的混合结构。
钢的焊接性是影响其应用的重要因素。
它的主要管道焊接技术是螺旋埋弧焊或直缝埋弧焊。
因此，焊缝金属应具有与基体金属相似的性能。
但是众所周知，X80为通过轧制进行强化，而焊缝金属则是一种凝固组织，增强增韧的主要方法是合金化。
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第22卷第5期2010年5月 钢铁研究学报 Journal of Iron and Steel ResearchVol.22,No.5 May 2010基金项目:陕西省科技创新重大科技产业化专项资金资助(2007ZDCY 212);中石油重大科技专项资金资助[699002H T 2XEX 2032(2008)20137]作者简介:毕宗岳(1962—),男,博士生,高工; E 2m ail :shbizy @ ; 修订日期:2009205221X 80钢焊缝再热后的组织与性能毕宗岳1,2, 井晓天1, 徐学利3, 金时麟2(1.西安理工大学材料科学与工程学院,陕西西安710048; 2.宝鸡钢管公司焊接钢管研究所,陕西宝鸡721008;3.西安石油大学,陕西西安710065)摘 要:针对西气东输二线X80高强度高韧性厚壁管线钢管双面埋弧焊接工艺特点,采用G leeble1500热模拟试验和实物焊接试验,研究分析了内焊缝(一次焊缝)受到外焊(二次焊接)热循环后组织与性能变化情况。
通过SEM 、光学显微镜等进行了微观组织分析并做力学性能测试。
结果表明,一次焊缝受到二次焊接热循环峰值温度在(α+γ)两相区范围时发生脆化,韧性降低22%;而一次焊缝在外焊二次热输入为20kJ /cm 时,冲击韧性最好;二次焊接在一次焊缝中形成了焊接临界粗晶区(WICHAZ ),呈现粗大的条状铁素体,板条间为排列成行M 2A 组元或渗碳体,硬度由212HV5迅速增加到261HV5,韧性也随之变差。
关键词:X80钢;埋弧焊缝;再热;组织与性能中图分类号:T G423,T G113 文献标志码:A 文章编号:100120963(2010)0520027205Microtructure and Perform ance on Weld of R eheated X 80SteelBI Zong 2yue 1,2, J IN G Xiao 2tian 1, XU Xue 2li 3, J IN Shi 2lin 2(1.School of Material Science and Engineering of Xi ′an University of Technology ,Shaanxi Xi ′an 710048,China ;2.Welded Pipe Research Institute of Baoji Petroleum Steel Pipe Co ,Ltd ,Shaanxi Baoji 721008,China ;3.Xi ′an Shiyou University ,Shaanxi Xi ′an 710065,China )Abstract :According to process features of the double 2sided Submerged arc welding of the heavy walled Grade X80line pipe with high strength and high 2ductility of Second West to East G as Pipeline project ,using the thermal simula 2tion experiment on G leeble 21500thermal simulator and physical welding experiments ,change of structure and per 2formance of inside weld (primary weld )reheat by outside weld (secondary weld )was analyzed.Through micro 2structure analysis by means of SEM ,optical microscope and mechanical property test ,the results show that insideweld begins embrittlement at two phase region (α+γ)peak temperature influenced by secondary weld thermal cy 2cle ,22%ductility reduced ;and impact toughness of primary weld is best when heat input of the secondary weld is 20kJ /cm.M 2A constituent or cementite arrange in a row in the intercrystalline of the coarse bar ferrite in WICHAZ of primary weld produce by secondary weld ,the hardness increases rapidly f rom 212HV5to 261HV5in this area ,and toughness turns bad.K ey w ords :X80steel ;submerged arc weld ;reheat ;microstructure and performance 中国正在建设的西气东输二线管道工程,全长约7000km ,设计以X80钢级、<1219×1814/22mm 埋弧焊管为主,输送压力为12M Pa 。
这是到目前为止全球高钢级、大管径输气管线中距离最长的一条。
西气东输二线用X80焊管采用先内焊、后外焊的埋弧焊接工艺。
一方面内外焊接热循环会在母材中产生热影响区(HAZ ),另一方面由于内外焊缝不同时进行焊接,外焊缝焊接时的热循环会对已经凝固的内焊缝产生影响,使内焊缝部分区域发生二次相变。
X80钢内外焊接热循环对母材所产生的热影响区(HAZ )的组织与性能的变化情况国内外已有大量的研究文献[123],但对于外焊(二次焊接)热循环对内焊缝(一次焊缝)组织与性能的影响目前未见研究报道。
本文针对X80管线钢埋弧焊缝,通过热模拟试验,研究分析了二次焊接热循环对一次焊缝的影响,从组织变化方面提出了影响焊缝冲击韧性的主要原因。
1 试验材料与方法 试验用钢采用国内某钢厂提供的西气东输二线用X80、壁厚1814mm热轧卷板,化学成分(质量分数,%,下同)为:C01048,Mn1179,Si0123,P01012, S010029,Ni0124,Mo0129,Cu0116,Nb01065, Ti01014,V010012,Al01029。
试验用焊丝采用与X80强度相匹配的B G2H06H1焊丝,熔敷金属屈服强度620M Pa,抗拉强度690M Pa,-40℃冲击功平均102J。
化学成分为:C0108,Mn1179,Si0120, P01009,S01002,Mo0140,Ti0103,Al01029。
焊剂采用氟碱型焊剂,成分为CaO+MgO25159,Al2O3+ MnO28106,SiO2+TiO224182,CaF21414,S01013, P01023。
试板尺寸1814mm(厚)×150mm(宽)×500mm(长),采用双丝埋弧对接焊接试验,X型坡口,內焊(一次焊缝)坡口角60°,外焊(二次焊缝)坡口角90°,钝边7～9mm,根据生产现场焊接工艺进行焊接,焊速117m/min。
埋弧焊缝的化学成分为: C01061,Mn1181,Si0131,P010086,S010034, Ni0114,Mo0132,Cu01093,Nb01045,Ti01026, V0100012,Al01033。
热模拟试样取自埋弧焊的一次焊缝,热模拟试验在Gleeble1500上进行。
试验后的试样作SEM、光镜、冲击试验等观察,并与实际焊缝试样(进行二次焊接后的焊缝)对比分析。
2 X80焊缝在不同热循环下的组织与性能 X80焊管采用双面双丝埋弧焊接,先内焊(一次焊缝),后外焊(二次焊缝),一次焊缝会受到二次焊接热循环的影响,从而在一次焊缝中形成焊缝粗晶区(WCGHAZ)、焊缝细晶区(WF GHA Z)、焊缝临界区(WICHAZ)和焊缝亚临界区(WSCHAZ)。
各部位分布位置[4]如图1所示。
为获取焊缝热影响区经历不同峰值温度时不同区域的组织和性能,采用热图1 内焊缝受外焊再热循环后的HAZ分布Fig11 HAZ distribution of inside w eldreheated by outside w eld模拟参数为:热输入20kJ/cm,加热速度130℃/s, T8/5时间20s,峰值温度分别取1300、1100、950、850和650℃。
对经历不同热循环温度的焊缝试样做冲击试验,结果表明,在二次加热温度达到850℃时韧性最差,成为焊缝热影响区的韧性谷区,与原焊缝相比较韧性损失达22%,如图2。
焊缝在不同的二次加热温度下,组织变化如图3(b)～(f)所示。
可以看出,在二次加热温度为950℃以上时,焊缝已全部奥氏体化,在较高的冷却速度下,二次结晶后形成较细的晶粒,成为细晶区。
当二次加热温度为850℃时,焊缝组织部分奥氏体化,导致局部富碳奥氏体的形成,而且通过熔解周围的碳使其进一步富集,最后在冷却时形成高碳孪晶马氏体,其尺寸约为5μm,体积分数达5%,对韧性有害[5]。
同时,原奥氏体晶内M2A组元由点状长大为长条形,取向趋于一致,大大减小了裂纹扩展路径和扩展能量,引起韧性降低。
当二次加热温度为650℃以下时,未发生奥氏体相变,晶粒也没有粗化,组织与原焊缝基本一致,形成焊缝亚临界区,韧性也没有发生损失。
图2 焊缝经历不同的峰值温度后韧性变化Fig12 Toughnes of w eld at different peak temperature・82・ 钢 铁 研 究 学 报 第22卷(a)原焊缝; (b)1300℃; (c)1100℃; (d)950℃; (e)850℃; (f)650℃。
图3 X80焊缝在不同峰值温度下HAZ金相Fig13 HAZ metallurgical phase of X80w eld at different peak temperature3 X80焊缝在外焊不同的二次热输入下组织与性能 通过热模拟试验,研究不同的外焊热输入下,内焊缝粗晶区组织与性能的变化情况。
在热输入分别为10～55kJ/cm下,焊缝的冲击韧性值变化如图4。
可以看出,在焊接热输入为17～35kJ范围内,焊缝均有较高的韧性。