焊接二次热循环峰值温度对X80级管线钢组织性能的影响
焊接过程中的热循环对材料性能的影响
焊接过程中的热循环对材料性能的影响在现代制造业中，焊接是一种广泛应用的连接工艺。
然而，在焊接过程中，材料会经历复杂的热循环，这对材料的性能产生了显著的影响。
了解这些影响对于确保焊接结构的质量和可靠性至关重要。
焊接过程中的热循环是指在焊接时，焊件上某一点的温度随着时间的变化而经历的升温、高温停留和降温的过程。
这种热循环具有快速加热和冷却的特点，与传统的热处理过程有很大的不同。
热循环对材料的微观组织产生了直接的影响。
在加热阶段，材料内部的晶粒会发生长大。
当温度升高到相变温度以上时，还会发生相变，如奥氏体化。
在高温停留阶段，相变过程会进一步发展，并且可能导致合金元素的扩散和重新分布。
而在快速冷却阶段，新的相变产物形成，可能会产生马氏体、贝氏体等硬脆相。
对于金属材料来说，热循环会改变其力学性能。
一般而言，焊接热影响区（HAZ）的硬度会比母材高。
这是因为快速冷却导致了硬脆相的形成，使得材料的脆性增加。
同时，热循环还可能导致材料的强度和韧性发生变化。
在某些情况下，焊接接头的强度可能高于母材，但韧性却下降，这增加了焊接结构在使用过程中发生脆性断裂的风险。
热循环对材料的耐腐蚀性也有影响。
焊接过程中产生的微观组织变化和残余应力可能会破坏材料表面的钝化膜，使得材料更容易受到腐蚀介质的侵蚀。
特别是在一些恶劣的环境中，如海洋环境或化学工业环境，焊接接头的腐蚀问题更为突出。
此外，热循环还会引起焊接残余应力的产生。
残余应力是在焊接过程中由于不均匀的加热和冷却而在焊件内部残留的应力。
这些残余应力可能会导致焊件的变形、开裂，甚至影响其疲劳寿命。
在一些大型焊接结构中，如桥梁、压力容器等，残余应力的控制是至关重要的。
为了减轻焊接热循环对材料性能的不利影响，可以采取一些措施。
例如，选择合适的焊接工艺和参数，如控制焊接电流、电压、焊接速度等，以优化热循环曲线。
此外，焊前预热和焊后热处理也是常用的方法。
预热可以降低焊接时的冷却速度，减少硬脆相的形成；焊后热处理则可以消除残余应力，改善微观组织和性能。
《2024年焊接工艺参数对三种管线钢焊接热影响区组织及韧性的影响》范文
《焊接工艺参数对三种管线钢焊接热影响区组织及韧性的影响》篇一摘要：本文针对三种不同材质的管线钢，通过调整焊接工艺参数，研究其对焊接热影响区组织及韧性的影响。
通过实验分析，探讨了不同焊接参数下，焊接热影响区的组织变化规律及对韧性的影响机制，为优化管线钢焊接工艺提供理论依据。
一、引言管线钢作为石油、天然气等能源输送的重要材料，其焊接质量直接关系到管道的安全运行。
焊接工艺参数是影响焊接质量的关键因素之一。
本文选取三种具有代表性的管线钢，通过调整焊接电流、电压、焊接速度等工艺参数，研究其对焊接热影响区组织及韧性的影响。
二、实验材料与方法1. 实验材料实验选用三种不同成分的管线钢，分别标记为S1、S2、S3。
2. 实验方法（1）制备焊接试样，确保试样的尺寸、形状一致。
（2）采用不同的焊接工艺参数进行焊接，记录电流、电压、焊接速度等参数。
（3）对焊缝及热影响区进行金相组织观察，分析组织变化。
（4）进行韧性测试，包括冲击韧性、拉伸韧性等。
三、焊接工艺参数对组织的影响1. 焊接电流的影响随着焊接电流的增大，焊缝及热影响区的晶粒尺寸增大，晶界处元素偏析现象加剧。
对于S1、S2、S3三种管线钢，适宜的焊接电流范围有所不同，需根据具体材料进行调整。
2. 焊接电压的影响电压的增加会导致电弧的稳定性增强，有助于提高焊缝的质量。
然而，过高的电压可能导致熔池温度过高，造成组织粗化。
3. 焊接速度的影响焊接速度过快会导致焊缝冷却速度加快，晶粒细化，但可能造成未焊透等缺陷；而速度过慢则会导致晶粒粗大，降低焊缝性能。
因此，需要选择合适的焊接速度以获得良好的焊缝组织。
四、焊接工艺参数对韧性的影响1. 冲击韧性的变化随着焊接工艺参数的调整，焊缝及热影响区的冲击韧性呈现不同的变化趋势。
适宜的工艺参数可以获得较高的冲击韧性，提高管道的安全性能。
2. 拉伸韧性的变化拉伸韧性是衡量焊缝承受拉伸载荷能力的重要指标。
合适的焊接工艺参数可以获得较高的拉伸韧性，减少裂纹等缺陷的产生。
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。
热处理对X80管线钢组织性能的影响
２ Ｂ ｏ ｅｏ ｕ ｔ ｌ ｉ ｏ ，ｔ － ａ ｉ ２ ０ ８ Ｓ ａｎ ｉＣ ｉａ ． ａ ｉ ｔ ｌ ｍ Ｓ ｅ Ｐｐ Ｃ ． Ｌｄ Ｂ ｏ １０ ，ｈ ａｘ， ｈｎ ） ｊＰ ｒｅ ｅ ｅ ． ｊ７
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ａ ｔ ｌ ｎ ｌｚ ｄ ｔ ｅ ｉｆ ｅ ｃ ｆｑ ｅ ｃ ｉｇ ａ ｄ ｔｍｐ ｒｎ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｏ ｔ ｃｕ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ０ ｓｒ ｃ ： ｈｓ ｒ ｃ ｅ ａ ａｙ ｅ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｕ ｎ ｈ ｎ ｎ ｅ ｅ ｇ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｓｒ ｔｒ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆＸ８ ｉ ｌ ｉ ｕ ｉ ｐ ｐ ｌ ｅ ｓｅ ｌ ｈ ｏ ｇ ｅ ｔｔ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｔ Ｔ ｅ ｔｓ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｄ ｔ ａ ０ ｐ ｐ ｌ ｅ ｓｅ ｌ ｓｆ ｌ ｕ ｔｎ ｚ ｄ ａ ３ ｉ ｅｉ ｔｅ ｒ ｕ ｈ ｈ ａ ｒ ｔ ｎ ｓ． ｈ ｅ ｔｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔ ｎ ｔ ｅ ｔ Ｘ８ ｉ ｅｉ ｔｅ ｕ ｌ ａ ｓｅ ｉｅ ｔ ０ ｏ ｎ ｉ ｙ ９ Ｃ， ａ ｄ ｇ ｔｌｔ ｎ ｏ ａ ｈ—ｓ ａ ｅ ｒｅ ｓ ｅ ｓ ｃｕ ｅ Ｔ ｍｐ ｒ ｇｓａ ｉ ｔ ｆＸ８ ｔ ｅ ｉｈ ｒ ｔ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒｉｓｉ ｓ — ｈ ｐ ｄ ｍａ ｔｎ ｉ ｔ ｔ ｒ ． ｅ ｅ ｎ ｔｂ ｌ ｙｏ ０ ｓｅ ｌ ｓ ｈｇ ｅ ，ｉ ｃ ａ ｉ ａ ｏ ｅ ｔ ｔ ｔ ｒ ｕ ｉ ｉ ｉ ｓ ｐ ｅ ｓ ａ
摘 要 ： 通过对 Ｘ ０管线钢淬火与高温回火的热处理试验研 究， ８ 分析 了淬火温度及回火温度
对 Ｘ ０管线钢 组 织与性 能的影 响 。试 验结 果表 明 ， ８ ８ Ｘ ０管 线钢 在 ９０℃ 时 已经 能 够 完全奥 氏 ３
《2024年峰值温度与合金元素对管线钢焊接热影响区组织与强度的影响》范文
《峰值温度与合金元素对管线钢焊接热影响区组织与强度的影响》篇一摘要本文主要研究在管线钢的焊接过程中，峰值温度及合金元素如何影响焊接热影响区（HAZ）的组织结构和强度。
通过对不同合金元素的管线钢进行实验对比分析，揭示了峰值温度对焊接过程中微观组织变化及力学性能的影响规律，为优化管线钢的焊接工艺和提升其使用性能提供了理论依据。
一、引言随着工业技术的不断进步，管线钢作为油气输送的重要材料，其焊接质量直接关系到管道的安全运行和经济效益。
在焊接过程中，峰值温度是影响焊接热影响区（HAZ）组织与强度的关键因素之一。
同时，合金元素作为改善钢材性能的重要手段，其在焊接过程中的作用也不容忽视。
因此，研究峰值温度与合金元素对管线钢焊接热影响区组织与强度的影响具有重要的现实意义。
二、实验材料与方法本实验选取了不同合金元素含量的管线钢作为研究对象，包括碳、锰、硅等元素的不同组合。
采用控制变量法，通过改变焊接过程中的峰值温度，对焊缝及热影响区的微观组织进行观察和分析。
实验过程中使用金相显微镜、扫描电镜以及力学性能测试等手段，系统评估峰值温度和合金元素对焊接接头的影响。
三、峰值温度对管线钢焊接热影响区组织与强度的影响1. 组织结构的影响：随着峰值温度的升高，焊接热影响区的晶粒尺寸逐渐增大，晶界处的相变产物增多。
高温下晶粒的长大导致材料的韧性降低，而晶界相变产物的增加则可能引起局部的应力集中和脆化现象。
2. 强度的影响：峰值温度过高会降低焊缝及热影响区的强度。
这是因为高温下材料的再结晶过程加剧，导致晶界处出现弱化区域，进而影响整个焊接接头的力学性能。
四、合金元素对管线钢焊接热影响区组织与强度的影响1. 合金元素的强化作用：实验发现，合金元素的加入能够有效地提高焊缝及热影响区的强度。
不同的合金元素通过固溶强化、析出强化等机制提高材料的力学性能。
2. 合金元素对组织结构的影响：合金元素的添加能够细化晶粒，抑制晶粒的长大趋势。
同时，某些合金元素还能通过促进相变产物的生成来改善组织的均匀性。
X80管线钢热影响区ICHAZ组织性能
ＱＪ５
工 业 技 术
Ｓｃ ｅｎ ａ Ｔｅｃ ｉ ｃｅ ｎｄ ｈｎｏｌ ｏｇｙ ｎ Ｉ ｎｏｖ ｉ Ｈｅｒ ｌ ａｔ ｏｎ ａｄ
Ｘ ０ ８ 管线钢’ 孙新 军 刘清友 陈为 亮’ （． １ 昆明理工大 学冶金和 能源工程 学院 云南 昆明 ６ ０ ９ ； ２ 钢铁研 究总院 北 京 １ ０ ８ ） ５０ ３ ． ０ １ ０ 摘 要： 利用Ｇ ｅｂｅ １ ０ 热模 拟试验机对ｘ ０ ｌｅｌ－ ５ ０ ８ 管线钢进行 了不 同峰值温度 的热模拟 实验 ， 确定 了 焊接 热影 响区的冲击性 能薄弱环 节为不 完全再结 晶区（Ｃ ＡＺ 。 究ＩＨＡ 峰 值 温） （ ｐ８ ０ 区域 的组织性 能结果表 明 ： ＩＨ ）研 Ｃ Ｚ Ｊ Ｔ ）０ ℃ Ｌ 实验 钢经过８ ０ ０ ℃热循环部 分臭氏体 化 ， 冷却 后得到 更 氏体 组织 。 形成 的 贝氏体 组 织及 大量舍 有孪 晶 马氏体 的Ｍ Ａ 元作 为局部硬化 区， 成ＩＨ Ｚ 击功降低 。 － 组 连 ＣＡ冲 另外 ， 用Ｅ Ｓ 对 比 了母材 利 ＢＤ 与Ｉ Ｈ Ｚ Ｃ Ａ 区域得 到 ： 经过峰 值 温度８ ０ ０ ℃热循环 后大量 的亚 晶和亚 晶界合 并消失 ， 造成 冲击功 降低 。 关键词 ： ８ 簸管 线钢 Ｉ Ｈ 低 温韧性 显微 组织 Ｘ０ Ｃ ＡＺ 中图 分类 号 ： Ｇ Ｔ ４ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ ０ ０ （） ０ ６ －０ １ ７ － ９ Ｘ ２ １ ） ５ ｃ－ ０ ３ ２ 正 在 建 设 中 的 “ 气 东输 ” 线干 线全 西 二 长４ ４ 公里 ， 用Ｘ８ 级 管 线 钢焊 管 ， 求 ９５ 采 ０ 需 大约 ２ ８ ７ 万吨 。 因此 ， 证 Ｘ ０ 管 线 钢焊 接 保 Ｓ级 结 构 安 全 运 行 尤 为 重 要 。 线 钢 焊 接 热 影 管 响 区韧 性 下 降 导 致 的焊 接接 头性 能 降低 受 到 国内 外 众 多关 注 … 焊 接 热 影 响 区根 据 温 。 度 又 可 分 为 ： 晶 区 、 变 重 结 晶 区 、 完 粗 相 不 拟试样均温 区切取并制备 成薄膜试样 ； 利 成 大 角度 晶界 。 （） ） 图３ａ（ 中较 小 颗粒 的为 残 ｂ 用富 士 Ｆ ｒ ｓｏ— 测量 热 膨胀 曲线 ； ｏｍａｔｒ ＦＩ Ｉ 利 余 奥 氏体 。 用Ｅ Ｓ Ｂ Ｄ观 察 晶界 及 残 余 奥 氏 体 。 试 验 钢 经过 ８ ０ ０ ℃热 循环 ， 分 转 变 为 部 奥 氏体 。 ｈ ｒ －Ｃ ｌ软 件计 算该 温度 下 由Ｔ ｅｍｏ ａｃ ２试验结果与分析 奥 氏体 质 量 分 数 约 为 ７ ８ 奥 氏 体 首 先 在 ． ％。 ２ １热 模拟 试样 冲 击功 ． 母 材 中 富 碳 的Ｍ － Ａ组 元 处 形 成 ， 成 奥 氏 造 不 同 峰 值 温 度 、 … 为 ２ ｓ 热 模 拟 试 体 中碳 含 量较 高 。 ｏ ｍａ ｔ ｒ Ｆ１热膨 胀仪 ｔ ０时 Ｆ ｒ ｓｏ － Ｉ 全结 晶区、 火区 。 回 因此 ， 定 焊 接 热 影 响 样 －２ ℃ 冲击 功 如 图 １ 结 果 表 明 ， ６ ０ 测 定 试 样 经过 峰 值 温 度 ８ ０ 确 ０ 。 在 ０℃ ０ ℃的 热 循 环 热 区 的薄 弱环 节 具 有 重 要 意 义 。 时 试 样 未 达 到 相 变 温 度 ， 经受 快 速 回火 膨胀 曲线 加 热 ｆ ａ ７ ０ ， 只 １ 点（ ５ ℃） 膨胀 曲线 发生 ］ 作者 首 先 确 定 了Ｉ ＨＡＺ 焊 接热 影 响 过 程 ， 击 韧性 基 本 与母 材 接 近 。 Ｃ 是 冲 而在 高温 转 折 ， 由于 加 热 速 率 过 快 很 难 准 确 测 定 奥 区 最 薄 弱 环 节 。 点 介 绍 了ｘ８ 级 管 线 钢 区 １ ０ ～１ ５ 冲 击功 也 没有 发生 明 显的 氏体 相 变 开 始 的 准 确 温 度 。 却 过 程 中 ， 重 ０ ０ ０ ３ ０Ｃ， ｏ 冷 奥 Ｉ ＨＡ 峰 值温 度（ ｐ ８ ０ Ｃ Ｚ Ｔ ）０ ℃附近 区域 性显 著 变 化 ， 约在 ２ ０ 左 右 。 ０ ℃时 ， 击韧 性 氏 体 转 变 贝 氏体 及 Ｍ—Ａ组 员开 始 温 度 为 大 ８Ｊ ８０ 冲 下降， 比粗 晶 区的 脆 化 更 为 严 重 。 点 分 析 最 低 ， １ ７ 。 重 为 Ｊ ８ ６ ０ ， ８ ℃ 相 变结 束 。 氏体 冷 却 后 得到 ９ ℃ ５５ 奥 了Ｉ ＨＡＺ 性 下 降 的 主要 因素 。 Ｃ 韧 ２． 热模 拟试 样 的微观 组 织 ２ 少 量 细 小 的 上 贝 氏体 ， 大 量 的 粒 状 贝 氏 及 ２ ２ １ 试验 钢和Ｔ 为 ８ ０ ．． ｐ ０ ℃热模 拟试 样 体 和 Ｍ— Ａ组 元 ， 织 如 图２ ｃ （ ） 组 （） 。 ｄ １实验材 料与方法 的 微 观 组 织 １ １试验 材料 ． 试 验 钢 组 织 为 针 状 铁 素 体 ， 织 如 图２ ３分析讨论 组 试 验 材料 选 择某 厂 家 ｌ ． ｒｍ厚 ＸＳ 级 （） ）针状 铁 素 体 是 一 种连 续 冷 却 条 件 下 ８４ ａ ０ ａ（ ， ｂ 实 验 结 果 表 明 ： 验 钢 焊 接 热 影 响 区 试 螺旋 埋弧 焊接 钢 管 ， 分 如 表 １ 其－２ ℃冲 获 得 的 不 同于 铁 素 体 一 光 体 或 少珠 光 体 中的 Ｉ ＨＡ 是 整 个 热 影 响 区 最 薄 弱 环 节 ， 成 。 ０ 珠 Ｃ Ｚ 击 功 为 ２ ６ ６ ， 微 硬 度 为 ２ ８ 组 织 为针 的 类 贝 氏体 组 织 ， 变 形 成 温 度 略 高 于 上 其 － ０ 冲 击 功 最 低 。 洪 阳（ 的 研 究成 ９ ．Ｊ显 ３， 相 ２℃ 荆 １ 等 状铁 素 体 。 为７ ０ ， 为 ８ ５ 。 Ａ ２℃ Ａ ７℃ 贝 氏 体 ， 扩 散 和 切 变混 合 机 制 实 现 相 变 ， 果表 明： 以 对于 含Ｌ （ ｃ ｌ ｈ ｒ ｏ ｅ￣均 ＨＺ １ ａ ａ ｄ ｚ ｎ ） ｏ １ ２ 焊接 热循 环模 拟试 验 ． 因 而 ， 非 等 轴 的 铁 素 体 基 体 上 具 有 高 的 匀 材 质 ， ＨＺ 在 Ｌ 比基 体 承受 的应 力 更高 ， ＨＺ Ｌ 焊接 热循 环模 拟试 验在 Ｇ ｅ ｂｅ ５ ０ ｌ ｌ ｅ －１ ０ 热 亚 结 构和 位 错 密 度 。 时 ， 同 晶粒 间 和 晶 内分 中 有 应 力集 中的 倾 向 ； 另外 ， 了补 偿 Ｌ 为 ＨＺ 模 拟试 验 机 上 进 行 ， 从母 材 取 样 ， 别 加 工 布 极 细 小 的 岛 状 物 （ —Ａ岛 和 渗 碳 体 ） 分 Ｍ 。 内 的 应 变 缓 和 ， ＬＨＺ附 近 基 体 处 出现 应 在 成 ５ ２ ×１ ｍｍ圆柱 样和 ｌ ． ｌ ． ｘ ０ ｍ Ｅ Ｓ ０ ５ ０５ ｒ ｘ ８ａ Ｂ Ｄ的 实 验 结 果 表 明 ， 材 中 岛状 物 为 变 集 中 ， 致 应 变 在 Ｌ 与 基 体 界 面 成 不 母 导 ＨＺ 冲 击试 验 毛 坯 样 ， 模 拟 工 艺 参 数 如 表 ２ 热 所 Ｍ—Ａ岛 ， 少 量 为 碳 化 物 。 ３ 可 以 看 连 续 分 布 。 说 明 Ｌ 内 部 或 周 围容 易萌 极 图 中 这 Ｈｚ 示。 到， Ｍ－Ａ与 基 体是 非共 格 ， 向 不 相 同 ， 取 形 生 裂 纹 。 且 随 着 Ｌ 与 基 体 强 度 差 的 提 而 Ｈｚ １ ３微观 组织 分析 ． 成大 角 度 晶界 。 （ ） ） 图３ａ （ 中较 小 颗 粒的 为残 高 ， 面 分 离 断 裂 倾 向增 大 。 验 钢 经过 峰 ｂ 界 试 利 用Ｌ Ｉ Ａ Ｅ Ｃ ＭＥ ４ Ｆ Ｍ光 学 显微 镜 和 日 余奥氏体。 值温度为８０ ０ ℃热 循 环 ， ０ －２ ℃冲 击 功 下 降 立Ｓ ３ ０ 描 电镜 （Ｅ 观 察 试 样组 织 形 －４ ０ 扫 Ｓ Ｍ） Ｂ Ｄ 实 验结 果 表 明 ， Ｓ 的 母材 中岛 状物 为 非 常 多 。 是 因 为 奥 氏体 化 的 组 织 冷 却 后 这 态和 分布 ； 用 日立Ｈ－８０ 利 ０ 透射 电镜（ Ｅ Ｍ—Ａ岛 ， 少 量 为 碳 化 物 。 ３ 可 以 看 形 成 贝 氏体 。 到 冲 击载 荷 的 作 用 时 ， 凸 Ｔ Ｍ） 极 图 中 受 浮 观察 Ｍ— Ａ组 员形 态 ， Ｅ Ｔ Ｍ用 线 切 割在 热 模 到 ， Ｍ－Ａ与基 体 是 非 共 格 ， 向 不 相 同 ， 取 形 的 贝 氏体 及 Ｍ— Ａ组 元 视 为Ｌ ＨＺ。 通过 ｓ Ｍ Ｅ 观 察断 口的 横 向 ， 现 裂 纹 的起 源 多 在Ｍ — 发 表１ Ｘ ０ 钢 化学 成 分 （ 量分 数 。 ） ８级 质 ％ Ａ组 元 及 硬 相 边 界 处 ， 图４ ａ 。 至 有 些 如 （）甚 Ｍ－ Ａ组 员在 冲 击 过 程 中 发 生 断 裂 。 断 裂 其 模 型如 图４ｂ 。 （）
加热温度和冷却速度对X80级弯管用钢组织与性能的影响
式 （ 伸或 压 缩 ） 变 形 速度 和 变 形程 度 均 有所 不 拉 、 同。笔者采用 热模拟试验 机 ， 研究加 热温度 和冷却 速度 对两种 Ｘ ０级 钢不 变形 区域 组织 和 性 能 的影 ８
响， Ｘ ０ 为 ８ 钢级热煨弯管的开发提供试验参数 。
１ 试 验材 料及 方 法
摘 要 ：采 用 Ｇｅ ｂ ３ ０ ｌ ｌ ５０型热模 拟试验 机 ， 究 了加 热 温度和 冷却 速度 对 两种 弯管 用钢 组 ｅ ｅ一 研
织和性能的影响， 结果表明 ： 加热温度和冷却速度对钢的强度有较大影 响， 随加热温度 的升高
和冷 却速 度 的增加 ， 的强度 增加 ， 钢 而加 热 温度 和冷却 速度 对 冲击韧 性影 响 不大 。 当温度 高于
对钢的低温冲击功影响不 大， １钢 的冲击功略 但 高于 ２钢 ， 明强度增 加韧性略有 降低 。然而 ， 说
两种 钢 的低温 冲击 功均 高 于 ２０Ｊ能 够满 足 Ｘ ０ ５ ， ８ 级钢 的技 术要 求 。
（ ） １ 钢 ａ
（ ） ２ 钢 ｂ
图 １ 加 热 温 度 、 却 速 度 对 材 料 强度 的影 响 冷
× ０ ｍ矩形试样， １０ ｍ 试样沿钢板横向取样。
为模拟热煨 弯管 的工艺过 程 ， 试样加热 速度设 定为 ４ ℃／ ， 热到试 验温 度 。试验 温度 范 围为 ５ ｓ加
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
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(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)
高压干法水下焊接属严酷条件下的焊接 ,由于 依靠高压气体将焊接区的水排开 ,其高压环境气体 对焊接过程有显著的影响 。目前国外常用的高压
气体是氩气或氮气 [2 ] ,考虑到所研究的海底管道维 修处于水深 60 m 左右的渤海湾海域 ,拟采用压缩 空气来降低水下焊接成本 。国外的高压干法水下 焊接工艺处于半研究半应用状态 ,没有现成的工艺 参数可供借鉴 ,为此 ,必须进行高压空气环境下管 线钢的全位置焊接技术研究 ,为渤海湾海底管道修 复提供一套完整的工艺参数 。本研究在前人研究 的基础上 ,自行设计了一套高压焊接模拟试验装 置 ,在此装置中进行了管道全位置焊接工艺试验 , 研究了环境压力对焊接参数的影响 ,在 0. 1 MPa, 0. 3MPa, 0. 5 MPa和 0. 7MPa压力下 ,均获得单面 焊双面成形的良好效果 。依据相关标准对焊接接 头进行检验 ,结果表明接头符合标准要求 。
(1. 鞍钢附企综企冶金车辆厂 , 辽宁 鞍山 114041; 2. 北京石油化工学院 , 北京 102617)
摘 要 : 分析了高压环境下钨极氩弧焊 ( GTAW )的特点 。针对渤海湾海底管道修复 ,自行设 计了一套高压模拟试验装置 ,该装置主要包括高压焊接试验舱和焊接机器人 。进行了高压模 拟焊接试验 ,研究表明 ,随着环境压力的增加 ,焊接电流减小 ,氩气流量增大 。在 0. 1 M Pa, 0. 3 M Pa, 0. 5 M Pa和 0. 7 M Pa压力下 ,选用合理的焊接工艺参数 , X56级管线钢均获得了单面焊双 面成形的良好效果 。 关键词 : 高压环境 ; GTAW ; 全位置焊接 中图分类号 : TG457. 11 文献标志码 : A 文章编号 : 1001- 3938 (2007) 03 - 0018- 03
图 2 管道现场环缝电弧焊焊接接头示意图
多层焊接 是 由 许 多 单 层 焊 接 热 循 环 叠 加 而 成 。单道焊时 ,根据焊接热循环峰值温度的不同 ,
图 3 管线钢多道焊 HAZ示意图
3 国家自然科学基金项目 (50374056) ;中国石油天然气集团公司科技项目 (04A40401 /02F70127)
TEM 观察表明 ,在 IRCGHAZ中有更粗大的 M - A 组元 (图 8 ) 。M - A 组元的大小 (平均弦 长 )是引起 IRCGHAZ局部脆化的主要因素 。在 粒状贝氏体中的临界解理应力 σf3 可以认为是由 M - A 组元开裂形成的裂纹核从 M - A 中扩展到 基体中所需的力 。这个扩展条件可用一个长度等 于 M - A 组元的平均弦长 D 的 Griffith裂纹所承 受的平均应力 σf3 来表示 ,σf3 遵循 σf3 ∝ D - 的 1 /2 判据 。当 M - A 组元的平均弦长大于 2μm 时 ,可 构成 Griffith裂纹的临界尺寸 。用计点法对 M - A 组元 定 量 测 定 , 其 结 果 见 表 4。可 以 发 现 , 在 IRCGHAZ中 , M - A 组元的含量和平均弦长 比 CGHAZ中的都大 。
600
130
1 300 20
20
800
130
20
1 000
1 200
图 4 二次热循环热模拟曲线
图 5 两种 X80级管线钢在 不同二次峰值温度下夏比冲击试验结果
上述试验结果表明 ,两种 X80 钢中 , X80 - 1 在焊接二次热过程中有较高的韧性水平 。同时可 以发现 , X80 - 1和 X80 - 2 在焊接二次热循环下 的韧性分布具有相同的规律性 。当二次热循环峰 值温度在 α +γ两相区范围时 (800 ℃) ,钢材的韧 性最低 ,表现为临界粗晶区 ( IRCGHAZ) 局部脆 化。
碳的 γ相在随后的冷却过程中形成的 M - A 有更 高的含碳量和硬度 ,这就导致焊接二次热循环过 程中 IRCGHAZ韧性更低 。图 9 显示了裂纹在这 种 M - A 组元中形核和扩展的情形 。从图中可观 察到 ,裂纹形核后在正应力和切应力的作用下沿 剪切方向扩展 。裂纹在穿过 M - A 组元时并不改 变方向 ,表明 M - A 组元这一脆性质点对裂纹的 扩展没有阻碍作用 。
0 引 言
双面螺旋缝埋弧焊管线钢管所形成的焊接接 头如图 1所示 。
管道现场环缝电弧焊焊缝沿厚度方向是由多 层焊道组成的 ,所形成的焊接接头如图 2所示 。
图 1 双面螺旋埋弧焊接接头示意图
HAZ分为粗晶区 (CGHAZ) 、细晶区 ( FGHAZ) 、临 界区 ( ICHAZ)和亚临界区 ( SCHAZ) 。多道焊时 , 这些区域由于经历了多次热循环 ,导致显微组织 呈现出复杂性和不均匀性 。根据第二次焊接热循 环再热温度的不同 ,粗晶区又大致可分为 4 个区 域 :亚临界粗晶热影响区 ( SCGHAZ) ,即在 AC1以 下温度受到再次加热的区域 ;临界粗晶热影响区 ( IRCGHAZ) ,即 在 AC1 ～AC3受 到 再 次 加 热 的 区 域 ;过临界粗晶热影响区 ( SCCGHAZ) ,即在 AC3 ～ 1 200 ℃受到再次加热的区域 ;未变粗晶热影响区 (UACGHAZ) , 即 没 有 受 到 再 加 热 的 区 域 或 在 1 200 ℃以上受到再次加热的区域 。图 3 为多道 焊 HAZ的理想示意图 。
试验钢 X80 - 1粗晶热影响区 (CGHAZ)和临 界粗晶热影响区 ( IRCGHAZ)的光学金相显微组 织见焊接二次热循环峰值温度对 X80级管线钢组织性能的影响
·17·
图 6 两种 X80级管线钢不同状态下的韧性对比
图 7 试验钢 X80 - 1金相图
CGHA Z
13. 2
2. 2
291
IRCGHA Z
17. 1
3. 8
321
图 9 裂纹在 M - A组元中的形核和扩展
·18·
●试验与研究
焊管 ·第 30卷第 3期 ·2007年 5月
高压环境下管道焊接技术研究
宋广贺 1 , 王中辉 2 , 蒋力培 2 , 焦向东 2 , 周灿丰 2 , 薛 龙 2 , 吕 涛 2
3 结 论
参考文献 :
(1)在两种壁厚的 X80钢中 , X80 - 1在焊接 二次热循环过程中有较高的韧性水平 。
(2)在双面焊和多道焊中 ,当焊接二次热循 环峰值温度处于 α +γ两相区时 ,所试验的 X80 钢表现为局部脆化 。
(3)由于在 IRCGHAZ中形成的 M - A 组元 相对 于 CGHAZ 含 量 高 , 尺 寸 大 , 硬 度 高 , 造 成 IRCGHAZ的韧性较低 ,从而引起局部脆化 。
181 ( 152, 210)
为获取 X80 管线钢在多道焊中二次热循环
的 HAZ组织 ,采用的热模拟参数见表 2,其中选
用的 4 种二次热循环峰值温度相当于多道焊
HAZ中的不同区域 ,即 SCGHAZ ( 600 ℃) 、IRCG2
HAZ (800 ℃) 、SCCGHAZ (1 000 ℃)和 UACGHAZ
同时 ,由于在 α +γ两相区中 α相的形成过 程是一个向外排碳的过程 ,因而使得这时形成的 γ相比高温单相 γ区形成的 γ相含碳量更高 。富
图 8 IRCGHAZ中的 M - A组元 20 000 ×
表 4 X80 - 1钢中 M - A组元定量测定结果
粗晶区区域 体积分数 / % 平均弦长 /μm HV10
0 前 言
伴随着人类对海洋的开发 ,大量的海洋工程 施工对水下焊接技术提出了新的要求 ,因此 ,发展 水下焊接技术已刻不容缓 。高压干法焊接是当前 最主要的优质水下焊接技术 。其中钨极氩弧焊 ( GTAW )具有电弧稳定 、适于全位置焊接 、易于实 现自动化等特点 [ 1 ] ,国外已成功应用于海底管道 修复等水下钢结构焊接 ,是首选的高压干法水下 焊接技术 。
将 母 材 ( BM ) 、焊 接 一 次 热 循 环 粗 晶 区 (CGHAZ ) 和 焊 接 二 次 热 循 环 临 界 粗 晶 区 ( IRCGHAZ)的韧性值进行对比 (图 6)可以发现 , 试验钢 X80 - 1 的 CGHAZ和 IRCGHAZ相对于 BM 的韧性损失分别为 14%和 26% ,试验钢 X80 - 2的韧性损失分别为 5%和 17%。 2. 2 焊接二次热循环后的组织