管线钢焊接热影响区的组织性能概述

目录

第一章绪论 (1)

1.1选题背景 (1)

1.2课题研究目的和意义 (2)

1.3管线钢的研究进展 (3)

1.4管线钢的研究现状和发展趋势 (4)

1.4.1 管线钢的发展趋势 (4)

1.4.2 管线钢的组织结构的变化 (4)

1.4.3管线钢的国外研究现状 (5)

1.5焊接热影响区的组织性能特点及其研究现状 (7)

1.5.1 管线钢焊接热影响区的组织转变特点 (7)

1.5.2 管线钢的HAZ组织分布 (8)

1.5.3 HAZ的性能分布 (9)

1.5.4 管线钢的焊接热影响区研究现状 (10)

1.5.4 管线钢焊接热影响区的粗晶区局部脆化现象 (11)

1.6本文的研究容 (13)

第二章试验材料及方法 (15)

2.1试验材料 (15)

2.2试验方法 (15)

2.2.1 热模拟试验 (15)

2.2.2 夏比冲击试验 (21)

2.2.3 硬度试验 (22)

2.2.4 显微组织分析实验 (22)

第三章X100管线钢热影响区的组织性能研究 (23)

3.1热模拟试验 (23)

3.2硬度试验 (24)

3.3冲击试验 (25)

3.4显微组织分析 (25)

第四章结论 (28)

参考文献 (29)

致 (31)

第一章绪论

1.1 选题背景

石油天然气是国民经济的重要战略物资。能源需求的增长加上能源结构的优化调整，带动了石油天然气工业的全面发展。至2030年全世界天然气的需求量将翻一番。今后10~15年，全球总能源消耗将比现在增加60%左右，其中天然气消耗将翻一番。天然气需求的增长主要集中在北美、欧洲和经济迅速发展的亚洲。从地域上来看，用户主要在工业发达的城市地区，而油气田则大部分在极地、冰原、荒漠、海洋等偏远地带。因而作为石油和天然气的一种经济、安全、不间断的长距离输送工具，油气输送管道在近40年得到了巨大的发展，这种发展势头在未来的几十年中仍将持续下去。预计今后10~15年，我国共需各类油气输送钢管1000×104t左右(不包括城市管网)[1]。

油气输送管发展的动力来自于两个方面。其一是世界石油工业的发展。随着极地油气田、海洋油气田和边远油气田的开发，对输送管提出了越来越高的要求。其二是冶金工业的进步。目前，管线钢的设计和生产过程由于采用了冶金数学、清洁的实验室和生产过程的计算机控制等高新技术，管线钢已经成为低合金高强度钢和微合金化钢领域最富有活力、最具研究成果的一个重要分支[2]。

与此同时，随着油气开发向极地环境的进展，地震、滑坡、冻胀、融沉等导致的地形运动，对油气输送管线的设计、施工、运营维护提出了新的挑战。中国油气长输管线面临的地震和地质灾害问题目前也引起了高度关注。地震和地质灾害对管线造成的损害是通过过量塑性变形引起的，主要预防措施有两个方面[3]。首先，在敷设方式上，可以采取一系列措施，例如尽量避开产生大位移的地层不稳定区域；管线的走向应使其承受拉伸应变，因为管线承受轴向拉伸应变的能力远大于承受压缩弯曲的能力；采用大曲率半径弹性敷设方式，增加管线活动能力等。另一方面，则需要从提高管线钢材料本身的抗变形能力着手。因此开发能承受大的变形而不发生破裂的抗大变形管线钢，进一步提高其抗变形性能是高性能管线钢的一个重要发展方向对于输油气管线在地震、海等敏感地带的安全使用具有重要意义。尤其是在极地或次极地环境的不连续冻土地带，要求管线用钢具有抵抗大的拉伸应变和压缩应变的能力。此外，随着国外对石油、天然气等能源需求的增加，管线输送向大口径、高压、富气输送方向发展，显著推动管线钢进一步向高钢级方向发展。目前，X80管线钢已投入商业应用，X100、X120管线钢的研发开始受到重视。然而，随输送压力的增加，对钢的止裂性能也提出更高的要求，这也就要求该钢具有更高韧性，因此，提高其强韧性已成为目前研究的重点和难点[4]。

焊接是管道施工的关键环节。在不均匀焊接热循环的作用下，母材焊接热影响区微观组织将发生改变，如晶粒尺寸、形态和结构及析出物的种类和尺寸分布等。如果焊接工艺控制不当，常常出现组织和韧性恶化[5]。

但对大口径钢管，焊接是生产中的重要工序，焊接过程中导致的热影响区组织和性能变化将直接影响到钢管的质量。目前，在X100大变形管线钢埋弧焊过程中发现大部分焊接接头成为管线钢应用的薄弱区域。关于 X100大变形管线钢的焊接热影响区方面的报道较少，而且在一些研究中，人们往往也只是重视焊接热影响粗晶区的性能变化。而对焊接热影响区来说，由于不同峰值温度的作用，热影响区将包含粗晶区、细晶区、两相区、回火区等不同区域。由于不同的焊接热作用，不同区域上的组织和性能变化将是明显不同的。因此，深入认识焊接热影响区的性能变化，就需要对不同区域组织进行系统研究[4]。

1.2 课题研究目的和意义

世界围石油天然气开发难度日益加大，对管线钢及管线钢管的性能要求不断提高，这就需要对最新管线钢及管线钢管的设计理念、制造和施工技术进行研究。基于管道输送的快速发展，管线钢逐渐成为了低合金高强钢中最活跃的领域。为了满足输送压力的不断提高，人们将更多的注意力集中在开发更高钢级的管线钢上，同时对管线钢的抗腐蚀能力、止裂性能和耐低温性能也在不断进行研究。但是单纯的高强度并不能确保管线的安全，比如遇到地震、泥石流等自然灾害引起的地层的大规模运动时，管线钢还应具有很好的抗大变形能力，国外一些研究机构已在进行这方面的研究，国的研究才刚刚起步。在我国，近几年来，随着以西气东输工程为代表的石油天然气长输管道的建设，高压力大管径油气管道通过地表复杂地质条件的情况越来越多。管道敷设和坡体稳定之间的联系也越来越紧密。我国幅员辽阔，地形地貌多变，地质构造复杂，山地滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害时有发生。这对长输管道的破坏力在许多地区远大于地震的危害。特别是大型滑坡对管道往往带来灾难性的后果。因此，研究管线钢具有重要的理论价值和工程应用价值，特别是对保证管线建设的可行性和安全运行有着重要的意义[6]。

目前通过微合金化、超纯净冶炼和现代控轧、控冷技术，已能够提供具有足够强韧特性的管线钢卷板。如X100管线钢就是其中一例。目前，关于X100的焊接热影响区方面的报道较少，而且在一些研究中，人们往往也只是重视焊接热影响粗晶区的性能变化。而对焊接热影响区来说，由于不同峰值温度的作用，热影响区将包含粗晶区、细晶区、两相区、回火区等不同区域。由于不同焊接热作用，不同区域的组织和性能变化是明显不同的。因此，深入认识焊接焊接热影响区的性能变化，就需要对不同区域进行系统研究。