第３０卷第２期 江苏科技大学学报（自然科学版） ｖ。１．３０ Ｎ。．２ ２０１６年４月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎ。ｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ａｐｒ．２０１６
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—４８０７．２０１６．０２．００６
０９ ＣｕＰＣｒＮｉ—Ａ与３１６Ｌ 异种钢的焊接工艺及
接头组织性能研究
周方明 ，程瑞强 ，吴兴祥 ，朱正祥
（１．江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点试验室，江苏镇江２１２００３） （２．上海沪临重工有限公司，上海２０１３０６）
摘要：异种钢焊接时由于热导率和线膨胀系数不同，焊接时容易产生热裂纹；由于焊缝增碳，使焊缝硬度增加，韧性下降； 低合金钢熔合区脱碳，面弯时在低合金钢熔合区产生裂纹；药芯焊丝焊接时如坡口设计不合适，则易导致夹渣．为避免以上 异常情况，文中采用ＦＣＡＷ焊接方法，对船用柴油机ＳＣＲ装置用异种钢（０９ＣｕＰＣｒＮｉ—Ａ与３１６Ｌ）进行焊接，设计合理的焊 接工艺方案，得到合格焊接接头．通过力学性能和显微组织分析，证明该焊接工艺能够满足产品要求，并在实际生产中得到 了应用． 关键词：耐候钢；力学性能；ＦＣＡＷ；异种钢焊接 中图分类号：ＴＧ４５７．１１；ＴＧ４４４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３—４８０７（２０１６）０２—０１３１—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｗｅｌｄｅｄ
ｊｏｉｎｔ ｏｆ ０９ＣｕＰＣｒＮｉ——Ａ ａｎｄ ３１６Ｌ ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ ｓｔｅｅｌ
ＺＨＯＵ Ｆａｎｇｍｉｎｇ ，ＣＨＥＮＧ Ｒｕｉｑｉａｎｇ ，ＷＵ Ｘｉｎｇｘｉａｎｇ ，ＺＨＵ Ｚｈｅｎｇｘｉａｎｇ （１．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１２００３，Ｃｈｉｎａ） （２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｈｕｌｉｎ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．Ｌｔｄ，ＳｈａｎｇＨａｉ ２０１３０６，Ｃｈｉｎａ）
M-A组元对管线钢焊接粗晶区影响的研究进展
摘要：以管线钢为材料的管道运输一直是石油与天然气的主流运输方式，而采用焊接作为管线钢的连接方式其质量直接影响着管道的服役可靠性。对于为满足不断提高的运输量而朝着大壁厚、大管径方向发展的管线钢而言，多层多道焊成为焊接中常用的工艺，然而由于后续焊道对前层焊道的不均匀加热，常导致焊接粗晶热影响区（CGHAZ, coarse grain heat
affected zone）中出现呈现多样性变化的M-A组元，这对焊后粗晶区韧性带来不利影响。本文立足于管线钢焊后热影响区强韧性下降这一特点，通过总结近年来国内外关于影响粗晶热影响区韧性的M-A组元研究的最新成果，探讨M-A组元变化的影响因素、M-A组元对组织的影响及性能的影响等，希望为改善焊接工艺以提高管线钢焊后热影响区韧性及设计新一代管线钢强韧性提供有益思路。
关键词：管线钢；粗晶热影响区（CGHAZ）；显微组织；M-A；韧性
0引言
随着世界各国对石油与天然气需求量不断增加，为提高输送量对管线钢的强度要求也在不断上升，管线钢级别已由最初的X52发展到了更高的X120。虽然强度的提高配合了管线钢的大壁厚和大直径发展需求，但是这却对管线钢的焊接质量造成了不利影响，热影响区是影响焊接后质量的薄弱环节，经前人研究发现，粗晶热影响区（coarse grain heat affected
zone，CGHAZ）是造成热影响区韧性下降的主要原因之一。进一步研究证实，低冷却速率导致的粗大M-A成分的形成是CGHAZ试样冲击韧性下降的主要原因[13]，因此开展对M-A组元的研究对提高粗晶热影响区韧性尤为重要。虽然国内外学者关于M-A组元进行了许多研究，但是随着管线钢材料由单一组织趋向于向多相组织变化，比如X80管线钢是以针状铁素体为主的组织结构，其本身韧性较好，所以其焊后热影响区韧性下降问题并不突出。但是随着管线钢钢级的提高，其强度也不断上升，况且本身就含有贝氏体这一组织，M-A组元是贝氏体钢的一个重要结构特征[7]，而M-A组元会伴随于贝氏体板条束间，是恶化材料断裂韧性的重要因素之一[1]，因此M-A组元对粗晶热影响区的韧性下降问题开始暴露出来。本文立足于管线钢焊后热影响区强韧性下降这一特点，通过总结近年来国内外关于影响粗晶热影响区韧性的M-A组元研究的最新成果，探讨M-A组元的影响因素、M-A组元对组织的影响及力学性能的影响等，希望为提高管线钢焊后热影响区韧性及设计新一代管线钢韧性提供有益思路。 1 M-A组元变化的影响因素
试论金属管道的焊接工艺与质量控制措施
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试论金属管道的焊接工艺与质量控制措施
目前，金属管道的焊接技术应用非常广泛，为生产制造领域、管道施工领域做出了重要的贡献。在具体应用时，焊接技术具有众多优点，技术先进，灵活方面。在金属管道的焊接当中，应该采取充分的焊接工艺和质量控制措施，提升焊接的整体质量，保障产品的性能和管道工程的安全。本文分别介绍了焊接材料、焊接前、焊接工艺、焊接完成后的质量控制措施。
焊接技术一般是指在高温条件下，利用焊接材料将两块或两块以上的母材连成一个整体的过程。本文重点介绍的是压力管道的焊接工艺与质量控制措施，管道的材质为合金钢。随着社会的不断发展，压力管道的应用越来越普遍，因此，对该类管道的焊接质量也有严格的要求。焊接质量的高低与选择的焊接方法、焊接工艺等有很大的关系，在焊接作业当中一定要做好对焊接接头、焊缝及其表面的处理，这样才能够保障焊接质量。
1.焊接材料质量控制措施
在金属管道的焊接当中，高质量的材料是保证焊接质量的最基础因素。在进行焊接之前，要根据产品设计图样中的规定认真对焊接材料进行检
查，要严格执行检查流程，检查通过之后才能使用。一般情况下，检查内容应该包括：
1.1.材料生产商、型号规格、批号、生产日期、质检证书和数量。
1.2.焊接材料的包装完整度。
1.3.如果仍然不能确定材料质量，可按照国家相关标准进行复验。
在焊接材料的保存过程中，要保持库区处于干燥状态，通风状况要好，保存温度必须大于10℃，相对湿度在60%以上，在材料使用之前要进行烘干处理。另外，焊接所使用的氩气纯度要高于99.9%。
2.焊接前质量控制措施
2.1.焊接环境的选择
在金属管道的焊接之前需要选择合适的焊接环境，原因在于焊接对周围环境的湿度、气温、风速等有较高的要求，当焊接环境较好时才能提高焊缝的美观程度，保证内在焊接质量。因此，焊接环境应满足：焊接温度不能影响焊工正常工作，需满足焊件焊接需求，如果温度不够可采取预热处理；焊接时环境风速不能超过焊接方法要求值，如果风速超标，
第３６卷第ｌ期 ２０１３年 １月 兵器材料科学与工程 ０ＲＤＮＡＮＣＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖ０ｌｌ３６ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．．２０ｌ３ 网络出版时间：２０１３—１．１２ ２３：３２ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３３．１３３１．ＴＪ．２０１３０１１２．２３３２．００６．ｈｔｍｌ 焊接热过程对Ｘ Ｉ Ｏ０管线钢焊缝组织性能的影响 张敏，李琳，李继红 （西安理工大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００４８） 摘要采用不同焊接工艺参数对Ｘｌ００管线钢进行焊接试验，并对母材进行微观组织观察及宏观力学特性测试，对比分 析Ｘｌ００管线钢母材和经历不同焊接热过程后所得焊缝的微观组织及宏观力学特性。结果表明：经历不同焊接热过程后 的ＸｌＯ０管线钢焊缝组织比母材组织粗大，主要为无碳贝氏体；冲击韧性比母材略高；抗拉强度和屈服强度与母材基本保 持一致。 关键词ＸｌＯ０管线钢；焊接热过程；无碳贝氏体；焊缝组织；力学特性 中图分类号ＴＧ４４２ 文献标识码Ａ 文章编号１００４—２４４Ｘ（２０１３）０１—０００７—０３ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｈｅａｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｌｉｎｅ ｏｆ ＸｌＯ０ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ＺＨＡＮＧ Ｍｉｎ，ＬＩ Ｌｉｎ，ＬＩ Ｊｉｈｏｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００４８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ Ｘ１００ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｔｅｅｌｓ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｍｅｔａｌ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｍｅｔａｌ ａｎｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｌｉｎｅ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｌｉｎｅ ｗｈｉｃｈ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅｌｄｉｎｇ ｈｅａｔ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｓ ｃｏａｒｓｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｂａｓｅ ｍｅｔａｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｃａｒｂｏｎｌｅｓｓ ｂａｉｎｉｔｅ；ａｆｔｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅｌｄｉｎｇ ｈｅａｔ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｂａｓｅ ｍｅｔａｌ，ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｒｅ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｂａｓｅ ｍｅｔａ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＸｌＯ０ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｔｅｅｌ；ｗｅｌｄｉｎｇ ｈｅａｔ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｃａｒｂｏｎｌｅｓｓ ｂａｉｎｉｔｅ；ｗｅｌｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ 目前生产的Ｘｌ００管线钢是一种超高强度的多相 钢，具有广泛的应用前景和巨大的经济效益，可使长距 离油气管线成本节约５％一１２％，主要体现在材料节约、 提高输送压力、减小施工量、降低维护费用、优化整体 方案等方面ｎ。。。２。国内外研究表明ｂ ，ＸＩＯ０管线钢主 要由板条贝氏体、针状铁素体、粒状贝氏体组成，通过 控轧控冷（ＴＭＣＰ）得到的Ｘｌ００管线钢具有超洁净度、 超均匀性和超细晶粒的组织特点，并且具有优良的力 学特性。然而，焊缝组织是一种类铸态组织，不可避免 地存在合金元素的偏析，对焊缝组织和性能有着很不 利的影响，若单纯靠加入更多合金元素以达到细化焊 缝晶粒的目的，又可能会对焊缝金属淬透性产生不利 影响，同时合金元素会以固溶方式存在于基体中，造成 焊缝金属塑性和韧性下降 ］。这就给焊缝金属的强 韧化带来很大困难，这也是目前焊接材料的发展明显 滞后于钢材发展的原因之一。鉴于此，采用不同焊接 工艺参数对ＸＩＯ０管线钢进行焊接试验，对比分析 ＸｌＯ０管线钢母材及其经历不同焊接热过程后所得焊 态条件下的微观组织和宏观力学特性，研究Ｘ１００管线 钢经历焊接热过程前后组织和性能的变化及影响因 素，研究结果将为更高级别管线钢及其匹配焊材的研 发提供理论依据和数据支撑。 １试验及焊接工艺 １．１材料 试验用钢板为国内自行研制的Ｘ１００管线钢，化学 成分见表１。该钢属于低碳贝氏体高强钢，抗拉强度 表１ ＸＩＯ０管线钢的化学成分 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＸＩＯ０ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｔｅｅｌ 成分 质量分数／％ 成分 质量分数／％ 成分 质量分数／％ Ｃ Ｏ．Ｏ５ Ｃｒ ０－２８ ＡＩ Ｏ．０３ Ｓｉ ０－２０ Ｃｕ ０．２１ Ｂ ０．０００ ３ Ｍｎ １．９５ Ｎｂ ０．Ｏ７ Ｃ哪 ０．５２ Ｐ ０．０１ｌ Ｖ ０．０ｌ Ｐｍ Ｏ－２Ｏ Ｓ ０．００２ Ｔｉ ０．０１４ Ｎｉ ０．３９ Ｍｏ ０．２５ 收稿日期：２０１２—０８—２２；修回日期：２０１２—０９—１７ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７４１６２）；陕西省自然科学基金资助项目（２０１２ＪＭ６００３）；西安市科技计划项目（ＣＸ１２５Ｏ②） 作者简介：张敏，男，工学博士，博士生导师，教授；主要从事焊接成型过程的力学行为及其结构质量控制、焊接凝固过程的组织演变行为及其先进 焊接材料的研究，发表论文８Ｏ余篇。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｍｍｎ＠ｘａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。
