超低碳微合金X100管線鋼焊接性的研究.pdf

1、油氣管道工程實際上是一項大規(guī)模的焊接成型和長距離的焊接安裝工程。因而，管線鋼焊接性的研究在其應(yīng)用中顯得非常重要。雖然我國高級別的管線鋼已經(jīng)誕生，現(xiàn)場生產(chǎn)日趨成熟，但是與發(fā)達(dá)國家還存在很大差距。目前，對X100管線鋼焊接性的研究并不是很多，焊接工藝的制定有待進(jìn)一步研究。為此，本文采用焊接熱模擬技術(shù)和實際焊接工藝相結(jié)合的方法，對超低碳微合金X100管線鋼的焊接性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。論文主要研究結(jié)果如下:
　　(1)通過焊接熱影響區(qū)連

2、續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變實驗，測定了X100試驗鋼的SH-CCT曲線。獲得了不同冷速下焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)(CGHAZ)和細(xì)晶區(qū)(FGHAZ)組織轉(zhuǎn)變和顯微硬度變化規(guī)律。實驗結(jié)果表明:無論是CGHAZ還是FGHAZ，在低冷卻速度下都能獲得粒狀貝氏體組織，特別是t8/5達(dá)到600s以后，會出現(xiàn)以含有退化珠光體為特征的島狀組織。當(dāng)冷卻速度提高到約10～20℃/s（t8/5為15～30s），組織主要轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w鐵素體組織。另外，隨著冷卻速度的降低，在低冷卻速

3、度范圍內(nèi)，CGHAZ和FGHAZ的顯微硬度值都隨著冷卻速度的升高而增加，但當(dāng)達(dá)到一定冷卻速度時（t8/5冷卻時間為30s左右），其硬度值保持在325HV左右。相對于FGHAZ來說，CGHAZ提高了相變開始溫度，同時也擴大了相變溫度區(qū)間。
　　(2)模擬不同焊接熱輸入對CGHAZ組織與韌性的影響實驗發(fā)現(xiàn)，焊接CGHAZ的硬度值和沖擊韌性隨著焊接熱輸入的增加而降低。t8/5不大于30s時，組織主要為貝氏體鐵素體(BF)和板條馬氏體(L

4、M)，其硬度和韌性較母材有所提高。t8/5達(dá)到85s后，組織中出現(xiàn)大量的M-A組元，其硬度值和韌性降低很多，表現(xiàn)出焊接局部軟化和脆化現(xiàn)象。所以，控制好熱輸入是保證焊接接頭強韌性的重要措施。
　　(3)模擬二次熱循環(huán)對CGHAZ組織與韌性的影響實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷二次熱循環(huán)后熱影響區(qū)的硬度值和韌性較一次熱循環(huán)粗晶區(qū)(CGHAZ)均有所降低。二次峰值溫度為600，900，1000，1200℃時，韌性損傷程度較小;二次峰值溫度為臨界區(qū)溫度70

5、0℃或800℃時，組織以粒狀貝氏體為主，雖然此時發(fā)生了部分再結(jié)晶，但其顯微組織并未得到細(xì)化，在晶界處出現(xiàn)“鏈狀”結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀組織M-A組元，致使X100熱影響區(qū)的韌性很差，表現(xiàn)為臨界粗晶區(qū)(ICCGHAZ)局部脆化。
　　(4)模擬預(yù)熱溫度對CGHAZ組織與韌性的影響實驗發(fā)現(xiàn)，在焊接線能量Q為1.5KJ/mm的熱輸入下，不大于150℃的預(yù)熱溫度，焊接CGHAZ的韌性幾乎不降低;Q為3.0KJ/mm，預(yù)熱溫度超過150℃時，X100管

6、線鋼的韌性明顯降低。因此，從預(yù)防焊接冷裂紋的角度出發(fā)，在X100管線鋼的現(xiàn)場焊接過程中選擇100～150℃進(jìn)行預(yù)熱。
　　(5)通過理論法和冷裂實驗對X100焊接冷裂紋敏感性進(jìn)行了研究和預(yù)測。理論計算可得實驗鋼的碳當(dāng)量CEN為0.2836％，焊接冷裂敏感性指數(shù)Pcm為0.21％，表明X100屬于易焊型鋼，具有低焊接裂紋敏感性，但仍有一定的冷裂傾向，焊前應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)念A(yù)熱;斜Y型坡口焊接裂紋實驗表明，X100實驗鋼具有良好的抗裂性能，

7、低溫75℃預(yù)熱就可完全避免焊接冷裂紋的產(chǎn)生;焊接熱影響區(qū)最高硬度實驗表明，隨著線能量和溫度的增加，最高硬度均降低。在不進(jìn)行預(yù)熱的情況下，焊接線能量Q為1.12KJ/mm時，焊接HAZ最高硬度為353HV＞350HV，此情況下焊接有較小的冷裂傾向。因此，為避免冷裂的出現(xiàn)，應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)念A(yù)熱或焊后熱處理。
　　(6)采用埋弧焊和CO2氣體保護(hù)電弧焊兩種焊接方法對X100管線鋼的焊接工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過對焊接接頭進(jìn)行了拉伸、沖擊、彎曲