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X80高强度高韧性厚壁管线钢及高速埋弧焊接头性能

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焊接　生产应用　Pr oducti on The me 2008年第10期2.2.2　弯曲性能图6是7#接头的弯曲试验结果。

其中,正弯表示该试件在弯曲过程中,焊缝正面承受拉应力,背面承受压应力;背弯表示的情况正好与正弯相反。

图6　7#接头弯曲试件通过观察图6可知,在7#工艺参数组合下获得的接头弯曲性能良好,正弯角和背弯角均达到了180°。

在图6所示的弯曲程度下均没有发生开裂。

3　结 论(1)采用圆锥螺纹搅拌头焊接2mm 厚5052铝合金薄板,搅拌头转速达到1600r/m in 以上后,可得到成形美观的焊接接头。

(2)保持其他参数不变,当焊接速度v 和搅拌头转速ω较低时,随着ω/v 值的增加,5052铝合金搅拌摩擦焊接头外观成形逐渐得到改善。

(3)在7#工艺参数下获得的接头平均抗拉强度(212.6MPa )达到母材强度(261.1MPa )的81.4%;平均断后伸长率(19.05%)是母材(14.01%)的1.36倍。

接头断裂在焊缝中心,在正弯角和背弯角达到180°时均无开裂。

参考文献[1]　王快社,沈　洋,王训宏,等.LF2铝合金搅拌摩擦连接研究[J ].西安建筑科技大学学报,2005(9):1-4.[2]　栾国红,关　桥.搅拌摩擦焊的原理及应用[J ].电焊机,2000,30(1):3-6.[3]　栾国红,关　桥.高效、固相焊接新技术———搅拌摩擦焊[J ].电焊机,2005,35(9):1-6.[4]　张田仓,郭德伦,栾国红.固相连接新技术———搅拌摩擦焊技术[J ].新工艺新技术新设备,1999(2):35-36.[5]　林　钢,林慧国,赵玉涛.铝合金应用手册[M ].北京:机械工业出版社,2006.151-172.[6]　严铿,陈华斌,蒋成禹.搅拌摩擦焊焊接参数对LF5接头性能的影响[C ].2004年全国焊接学术交流会.广州,2004.112-115.作者简介:　马广超,1985年出生,硕士研究生。

主要研究方向为异种金属电弧熔钎焊接研究,已发表论文2篇。

X80高强度高韧性厚壁管线钢及高速埋弧焊接头性能西安理工大学材料科学与工程学院(710048) 毕宗岳宝鸡钢管公司焊管研究所(721008) 金时麟摘要　研究分析了西气东输二线用X80管线钢的组织和性能,通过TE M 观察了晶体结构特征,表明X80管线钢晶粒细小、晶界纯净,金相组织均匀,力学性能稳定,是一种高强度、高韧性管线钢。

针对这种X80管线钢高速埋弧焊,通过焊丝焊剂的成分设计和焊缝组织设计,以及高纯净度炼钢技术,研制出高性能焊丝焊剂,采用优化的焊接工艺,使焊接接头不但具有较好的力学性能,而且焊接工艺性能良好,实现了高强度厚壁管线钢的高速焊接,焊速可达1.70m /m in 左右。

关键词:　X80管线钢　组织性能　焊材　厚壁　高速焊接中图分类号:　TG423收稿日期:2008-07-20基金项目:陕西省科技创新重大科技产业化专项(2007Z DCY -12)0　前 言油气管道,特别是天然气管道发展的一个重要趋24Pr oducti on Theme 生产应用　焊接2008年第10期势是采用高钢级大口径高压输送,这样可以在同样输量下提高输送压力,减少管道直径和壁厚,节约管道建设成本。

据推算[1],采用X100管材比X65和X70管材费用节约30%左右,节约管线建设成本10%～12%。

因此,世界一些发达国家都在不断开发高钢级管线钢及其焊管,目前全球已建成X80钢级输气管线总长约2200km ,其中最长的620km ,由美国El pas o 公司建设[2]。

中国在2002年开始建设的西气东输一线采用了X70、<1016mm ×14.6mm 管材,输送压力为10MPa,2008年开始建设的西气东输二线采用X80、<1219mm ×18.4mm 管材,全长约7000k m ,输送压力为12MPa 。

文中针对X80高强度厚壁管线钢特点,研究开发了埋弧焊工艺和焊接材料,实现了X80高强度厚壁螺旋埋弧焊管的高速焊接。

1　板材性能1.1　化学成分X80管线钢具有高强度、高韧性、良好的焊接性能和一定的抗腐蚀能力。

在成分设计上采用超低碳微合金化,通过适量添加Nb 、V 、Ti 、Mo 等微量元素细化晶粒,提高韧性和强度,同时严格控制S 、P 含量,减少成分偏析和带状组织,提高抗腐蚀能力。

为了确保焊接性,碳当量C E 控制在0.43%以内。

典型的化学成分(质量分数)如下:C 0.04%,Si 0.23%,Mn 1.6%,P ≤0.022%,S ≤0.005%,Mo ≤0.35,N i ≤0.50,Cu ≤0.30,Cr ≤0.45,Nb ≤0.11,V ≤0.06,Ti ≤0.025,A l ≤0.06。

1.2　组织分析如图1所示,X80管线钢表面和中心部位组织均以针状铁素体为主。

对比试样表面的金相组织来看,板厚中心部位不规则分布的针状铁素体有所增加,珠光体的含量明显减少,只有局部区域具有少量块状的先共析铁素体。

采用计点法进行定量金相估算,得出X80卷板表面铁素体比例约为78%,其中先共析铁素体约占8%,针状铁素体约占70%。

板厚中心部位铁素体比例约为82%,其中先共析铁素体约占4%,针状铁素体约占78%。

为了观察母材微观组织的晶界状况以及晶体结构特征,进行了TE M 观察,结果如图2所示。

其组织为铁素体+珠光体+碳化物,珠光体的含量在10%左右,板材表面和中心组织晶界都比较纯净,无明显的杂质存在。

1.3　力学性能通过对试验卷板的解剖分析,壁厚18.4mmX80图2　X80母材TE M 照片34焊接　生产应用　Pr oducti on The me 2008年第10期卷板力学性能完全符合AP I 5L 及西气东输二线技术条件要求,其中系列温度夏比冲击试验结果如图3、图4所示。

可以看出,X80钢具有较好的低温韧性,卷板内圈、中部、外圈在-20℃下平均冲击吸收能量分别为272J 、262J 和293J,剪切面积均达到100%,50%F ATT (CVN )<-60℃。

系列温度下的DW TT 试验结果如图5所示,其中-15℃剪切面积的单值和平均值均大于标准要求的70%和85%。

通过对X80钢CT OD 值的测定,得到X80钢纵向试样S -L 阻力曲线方程为:CT OD =1.005×(0.1996+Δa ),横向试样S -T 阻力曲线方程为:CT OD =0.8269×(0.1178+Δa )0.6914,纵向横向阻力曲线如图6所示。

可以看出,对于X80钢,在裂纹的起始扩展阶段,纵横试样的裂纹扩展阻力CT OD 没有明显的差别;但随着裂纹的扩展量Δa 的逐渐增大,纵横试样阻力曲线逐渐分离,且X80钢纵向试样的阻力曲线高于横向试样。

图6　X80钢S -L 和S -T 试样阻力曲线2　焊接材料2.1　焊　丝在对X80钢组织性能研究分析的基础上,结合埋弧焊的工艺特点,利用合金元素的强韧化机理,研究设计X80焊丝的化学成分,实现焊缝组织以针状铁素体为主,并满足强度和韧性的合理匹配。

为了减少焊缝中可能出现的夹杂物,避免韧性下降,在焊丝盘条炼钢轧制过程中,严格控制工艺,使焊丝中的夹杂物数量尽可能减少,尺寸控制在20μm 以内。

在焊丝成分设计上,通过加入Ti 可与N 有极强的亲和力形成Ti N ,降低钢中自由N ,抑制N 的不利影响,同时Ti N 作为形核质点可以细化晶粒;加入B 、Mn 等元素可推迟奥氏体到铁素体的转变温度,促进晶体内针状铁素体的形成;加入B 、Ti 连同X80钢材中的Nb 、V 等微合金元素可形成更多的碳氮化物、氧化物及其复合化合物,这些夹杂物质点在焊缝冷却过程中在奥氏体分解时可作为新相形核的核心,有利于二次组织的细小,Ti 在焊缝中一般控制在0.01%～0.04%,B 为0.001%～0.005%;加入Mn 、Mo 、N i 、Cu 、Cr 等元素可固溶强化基体和细化组织,提高强度和韧性,并抑制PF B 组织的产生,Mn 在焊缝中控制在1.5%～2.0%;Mo 在焊缝中控制在0.20%～0.50%,降低P 、S 、Sn 、44Pr oducti on Theme 生产应用　焊接2008年第10期Sb 、Pb 、A s 、B i 含量,可改善焊接性,提高焊缝韧性和耐腐蚀性能。

同时,应当降低和控制N 、H 、O 的残留气体在焊缝中的含量,但焊丝中应有一定的O 、N 的残存量,其高温化合物质点对形成焊缝结晶晶胞有利,可细化焊缝组织。

X80焊丝典型的化学成分(质量分数)控制如下:C ≤0.12%,Si ≤0.40%,Mn ≤2.0%,P ≤0.022%,S ≤0.005%,Mo ≤0.50%,N i ≤0.50%,Ti ≤0.04%,B ≤0.05%。

2.2　焊　剂针对X80钢高强度、高韧性、大壁厚、高速埋弧焊的特点,X80焊剂成分和渣系设计要在满足焊缝力学性能,特别是低温韧性的基础上,主要满足焊接工艺性要求,保证焊缝表面光滑,脱渣性好,在大壁厚埋弧焊中焊缝气孔、夹渣少,同时具有较高的焊接速度。

通过试验研究发现,氟碱型渣系焊剂碱度高,焊缝韧性也高,但工艺性能差;铝碱型渣系焊剂碱度低,焊缝冲击韧性也低,但焊接工艺性能优良。

为此,选择两种渣系混合的方法来调整焊剂工艺性能和焊缝力学性能。

设计的主要成分(质量分数)为:Ca O +Mg O:20%～30%,CaF 2:18%～25%,Si O 2:20%～25%,A l 2O 3:15%～20%,Mn O:2%～5%。

在此基础上,严格控制焊剂中S 、P 、夹杂物及水分含量,其中S ≤0.04%,P ≤0.04%,夹杂物≤0.3%,水分含量≤0.1%。

并选择合适碱度,匹配X80焊丝,使焊缝组织以针状铁素体为主,从而在保证焊缝韧性的同时,实现了X80钢大壁厚高速焊接。

3　焊接工艺研究表明,采用内外双丝焊工艺,焊缝的几何形状、熔深等受焊接参数,如焊接电流、电弧电压的影响。

为使焊缝熔深达到钢板厚度的60%,可按下式计算前丝的电流、电压和焊接速度。

P =(0.01t +0.79)×(0.0109I 1/v1/2+0.19U 1+5.03) (1)式中:P 为熔深,mm;I 1为前丝电流,A;U 1为前丝电压,V;v 为焊接速度,mm /m in;t 为钢管壁厚,mm 。

具体确定的基本工艺参数如下:焊接板材:西气东输二线用X80热轧板卷,厚度18.4mm;坡口形式:X 形,钝边为7～10mm ,坡口角度为70°/100°;成形方式:螺旋成形,钢管管径为1219mm;焊接参数:内焊前丝电流1470A ,电压33V ,后丝电流400A ,电压33V ,外焊前丝电流1500A,电压34V ,后丝电流480A ,电压36V;焊接材料:试验用X80焊丝和X80焊剂;焊接速度:1.70m /m in 。

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X80钢级Ф1422 mm×38.5 mm大壁厚直缝埋弧焊管的开发及性能研究

X80钢级Ф1422 mm×38.5 mm大壁厚直缝埋弧焊管的开发及性能研究

焊管WELDED PIPE AND TUBE第44卷第1期2021年1月Vol.44 No.1Jan. 2021X80钢级囟1 422 mmx38・5 mm 大壁厚 直缝埋弧焊管的开发及性能研究*刘 斌V ，韦 奉V,赵 勇",牛 辉V ，王 琴3(1.宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院，陕西宝鸡721008；*基金项目：国家重点研发计划项目野特宽幅X80低温管线钢钢板制造技术”（项目编号2017YFB0304902）。

2.国家石油天然气管材工程技术研究中心，陕西宝鸡721008；3.中国石油西部管道公司，乌鲁木齐830000)摘 要：针对大壁厚直缝焊管的技术要求，通过对焊接、扩径等制造工艺的研究，开发出了 X80钢 级椎1 422 mmx38.5 mm 直缝埋弧焊管，并掌握了 “钢板-钢管”的性能变化规律。

对焊管进行性能 检验，结果表明，焊管管体屈服强度平均值为619~643 MPa ，抗拉强度平均值为692~701 MPa ，屈 强比平均值为0.89~0.92，-22益时DWTT 剪切面积平均值为90%~94%； -10益时管体冲击功平均值为401 J ，焊缝冲击功平均值为165 J ，热影响区冲击功平均值为294J 。

其各项性能均满足Q/SY XG0120.4—2019《西气东输四线天然气管道工程用X80级直缝埋弧焊管技术条件》和《D1 422 mmx 38.5 mm 管材单炉试制程序及要求》的要求。

这将为该焊管产品后续工业化生产提供技术支撑。

关键词：X80；大壁厚；大直径；直缝埋弧焊管中图分类号：TG445文献标识码：A DOI : 10.19291/ki.1001-3938.2021.01.001Development and Performance Study ofX80 椎1 422 mmx38.5 mm Thick Wall SAWL PipeLIU Bin 1 2, WEI Feng 1 2, ZHAO Yong 1 2, NIU Hui 1 2, WANG Qin 3(1. Steel Pipe Research Institute, Baoji Petroleum Steel Pipe Co., Ltd., Baoji 721008, Shaanxi , China; 2. Chinese NationalEngineering Research Center for Petroleum and Natural Gas Tubular Goods, Baoji 721008, Shaanxi, China;3. Petrochina West Pipeline Company, Urumchi 830000, China )Abstract: According to the technical requirements of thick wall submerged arc welded longitudinal (SAWL) pipe , the X80 椎1 422 mm x38.5 mm SAWL pipe was developed through the research on the welding, expansion and other manufacturingprocesses. Moreover, changing rules of mechanical performance of plate -pipe have been mastered. Through the performance test ofwelding pipe , results showed that the average yield strength of welded pipe is between 619~643 MPa, the average tensile strengthis between 692~701 MPa, the average yield ratio is between 0.89~0.92, and the average DWTT shear area is between 90%~94% at-22 益.The average impact energy of welded pipe is 401 J at -10 益，the average impact energy of weld is 165 J, and the average impact energy of HAZ is 294 J. Various performance indicators can meet requirements of Q/SY XG 0120.4——2019 TechnicalSpecifications for X80 SAWL Line Pipes Used in Fourth West-east Gas Pipeline Project and Single Furnace Trial ProductionProcedures and Requirements of D1 422 mmx38.5 mm Line Pipe . It can provide technical support for the subsequent industrialproduction of the welded pipe.Key words: X80； thick wall ； large diameter ； SAWL pipeHAN GUAN・1焊管2021年第44卷0前言我国天然气产业目前已进入快速发展阶段，市场需求也迈入快速增长阶段，预计2025年天然气消费量将达到4500亿m3/a,需要输送的天然气流量越来越大。

X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真共3篇

X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真共3篇

X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真共3篇X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真1X80高强管线钢是目前建设大型海底油气管道的必备材料之一。

其高强度、优良的低温韧性和防腐能力，使得其在复杂海洋环境下能够长期稳定地运输油气。

而对于这样一种高强度钢材，其焊接质量的稳定性对于管道的运营安全至关重要。

因此，本文将探讨X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真。

首先，我们需要了解X80高强管线钢的化学成分。

X80钢的化学成分主要由C、Si、Mn、P、S以及其他微量元素组成。

其中C的含量较高（0.06%-0.08%），因此焊接时需特别注意焊接热输入，防止产生大量的夹杂物。

其次，我们需要了解X80高强管线钢的焊接工艺。

由于其高强度特性，传统的手动埋弧焊接（SMAW）难以满足其高质量的焊接要求。

因此，现在多采用熔覆焊（SAW）、气体保护焊（GMAW）等自动化焊接工艺。

但是，在实际的焊接过程中，仍需注意焊接电流、焊接速度、压力设定等参数，以保证焊缝的质量。

最后，我们需要了解X80高强管线钢的焊接质量评价方法。

一般对焊接后的钢管进行超声波检测、X射线检测等质量评价，其中焊缝夹杂物及气孔的检测较为重要。

同时，也可采用模拟仿真工具对焊接过程中产生的过热区域、焊接接头区域以及沉积金属区域等进行模拟分析，以评估管道的运营安全。

总结一下，对于X80高强管线钢的焊接，我们需要注意焊接参数的设定，避免产生焊缝质量问题。

同时，应采用多种质量评价方法，确保焊接质量的稳定。

此外，在焊接过程中，应注意管道的生产和运输过程中的防腐保护，以确保管道的运营寿命综上所述，X80高强管线钢的焊接需要注意焊接参数设定和质量评价方法的选用，以确保焊缝的质量稳定。

采用自动化焊接工艺，并注意管道的生产和运输保护，能够有效提高管道的运营寿命，为工业生产和人民生活提供优质的能源和物资保障X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真2X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真随着我国油气资源的不断增加，管道获得了飞速的发展。

X80管线钢及其接头的低温韧性和显微组织

X80管线钢及其接头的低温韧性和显微组织

ＷｅｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶ０１．３４Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００５・试验与研究・１１文章编号：１００２—０２５Ｘ（２００５）０３—００１１一０３Ｘ８０管线钢及其接头的低温韧性和显微组织徐学利，辛希贤，智彦利，石凯（西安石油大学材料科学与工程系，陕西西安７１００６５）摘要：分别利用示波冲击韧性试验、硬度试验和光学显微镜、透射电镜研究了Ｘ８０管线钢及其焊管接头的力学性能和显微组织。

试验结果表明，Ｘ８０钢及其焊管接头具有良好的韧性，其中焊缝的韧性最高，焊接热影响区粗晶区因受焊接热效应引起晶粒粗化和形成脆性组织，故韧性最低。

试验钢由针状铁素体和少量块状铁素体组成，焊缝为典型的针状铁素体组织，焊接热影响区粗晶区以粒状贝氏体为主。

焊接热影响区熔合线附近的硬度值最高，越远离熔合线硬度值越低，并逐渐接近母材的硬度值。

关键词：Ｘ８０管线钢；螺旋埋弧焊；显微组织；低温韧性中图分类号：ＴＧ４５７．６；ＴＧｌｌ３．２５４文献标识码：Ａ管道输送油、气时显示出的安全、可靠、经济和不间断的特点是其它输送方式无法比拟的。

随着长距离、大管径、高压输送和极地、海洋油、气输送管线的建设和使用，对管线钢尤其是管线管的要求也越来越严格。

为了确保输送管线建设的经济性、运行的安全性和可靠性，不仅要求管线钢本身具有优良的韧性，而且也要求管线管具有优良的韧性。

由于焊接过程本身固有的特点，往往使得管线管焊接接头的韧性比管线钢的韧性更难控制，这成为输送管线的薄弱环节，最大限度地控制和提高接头的低温韧性是管道工作者需要迫切解决的问题之一㈣。

Ｘ８０管线钢是经控轧及加速冷却的低碳收稿日期：２００４一０９一０２；修回日期：２００５—０４—０４微合金钢，是本世纪输气主管线的主导钢材，对Ｘ８０管线钢及其接头的低温韧性和显微组织进行研究，不仅具有重大的工程意义，而且也为该钢种的进一步推广应用提供必要的数据。

１试验材料及试验方法１．１试验材料试验材料为国产Ｘ８０高性能管线钢经双面螺旋埋弧焊制成的焊管，规格为饰１０ｍｍ×７．９ｍｍ，其化学成分及力学性能见表１。

API 5L X80管线钢自动焊焊接工艺试验

API 5L X80管线钢自动焊焊接工艺试验

API 5L X80管线钢自动焊焊接工艺试验摘要：通过对X80 高强钢进行焊接性分析，确定了X80管线钢采用GTAW+FCAW方法的工艺方案，并进行力学性能试验。

试验结果表明，接头的各项性能指标均符合标准要求，选定的焊接工艺完全能够用于指导现场的施工。

关键词：X80钢自动焊工艺试验前言随着经济的发展，人们对石油、天然气等能源的需求也日益增加，对输送管道的要求也逐步提高[1]。

尽管目前对输送管道在材料选择和焊接技术等问题上取得了一定的成就，但由于石油、天然气等能源输送管线较长，管径较大，压力也较高，甚至有些输送管线所处的环境恶劣，等等这些不利因素为现场的焊接和安装工作带来了诸多的挑战，如何优质高效完成输送管道的安装焊接工作是需要我们考虑的一个课题。

笔者以国外某燃气联合循环电站燃气缓冲站输送管道为背景，对API 5L X80管线钢采用GTAW+FCAW焊接方法，进行焊接工艺试验，为今后API 5L X80管线钢的焊接提供技术依据，提高现场施工效率。

1.X80管线钢的应用情况X80钢从20世纪80年代中期开始研究和试验，90年代初期获得批量试验。

有资料研究表明[2]，采用高压输送和采用高强度等级的管线钢，不仅能石油、天然气等能源输送的安全性，而且使管道建设的成本显著降低。

根据加拿大管道建设的资料统计[2]，采用X80钢比X70钢在管道材料和项目设计上能节约17%～29.5%。

近年来，日本、欧洲、加拿大等发达国家对X80钢生产技术日益成熟，需求量也日益增长，并成功应用于多个工程项目中，今后X80管线钢及更高管线钢的应用将更加广泛。

2.X80焊接性能X80 是一种高强度、低碳、微合金管线钢。

管材洁净度高，晶粒细小，具有较高的韧性和良好的焊接性。

虽然X80的碳当量较低，淬硬倾向不大，产生裂纹的倾向较小，但是由于X80是一种强度较高，在试验中我们仍应引起重视。

在本试验中，所采用的试件的化学成份、力学性能分别见表1、表2。