下载文档原格式
目录第一章绪论11.1选题背景11.2课题研究目的和意义21.3管线钢的研究进展31.4管线钢的研究现状和发展趋势41.4.1 管线钢的发展趋势41.4.2 管线钢的组织结构的变化41.4.3管线钢的国内外研究现状61.5焊接热影响区的组织性能特点及其研究现状81.5.1 管线钢焊接热影响区的组织转变特点81.5.2 管线钢的HAZ组织分布91.5.3 HAZ的性能分布101.5.4 管线钢的焊接热影响区研究现状101.5.4 管线钢焊接热影响区的粗晶区局部脆化现象12 1.6本文的研究内容14第二章试验材料及方法152.1试验材料152.2试验方法152.2.1 热模拟试验152.2.2 夏比冲击试验202.2.3 硬度试验212.2.4 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233.1热模拟试验233.2硬度试验243.3冲击试验253.4显微组织分析26第四章结论28参考文献29致谢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年内，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。
预热温度对X100管线钢焊接性的影响0 序言X100管线钢是一种低碳微合金高强度管线钢，基体组织为粒状贝氏体，具有超高的强度和良好的韧性，是中国目前管线建设研究较为新型的钢种之一[1]. 由于X100管线钢强度高、合金成分复杂，所以其焊接性较差. 同时随着管线钢强度级别的升高，在焊接过程中会面临一些新的技术难点，如环焊问题、焊接接头的冷裂纹敏感性、强度匹配、热影响区软化以及现场焊接工艺的制定等[2].正是由于X100管线钢具有超高的强度以及复杂的合金成分，使其在经历焊接热循环后内部的晶粒容易变得粗大同时容易出现淬硬组织，导致焊接接头处的组织及性能发生了显著的变化. 通常，在实际的现场施工中对母材采用预热的方法来避免高强度管线钢在焊接过程中所出现的问题. 文中主要采用插销试验法、HAZ区最高硬度法测定了试件在不同预热温度下临界断裂应力σcr以及焊接HAZ区硬度(HV10)，并通过金相组织、断口形貌等分析手段，综合研究预热温度对X100管线钢焊接性的影响，从而为制定合理的焊接工艺提供理论依据.何良诸走到最前面一节车厢，插身座席内，扒窗户望，看见了，有几百号人，拦住火车，净是些老头老太太，衣裳打满补丁。
人群后面，有几个四五十岁的人，扯着横幅：“我们要吃饭！”“我们要干活！”1 试验方法试验选用某钢厂生产的X100管线钢为研究对象，其化学成分和常规力学性能见表1，其中碳当量(Ceq)按式(1)计算，即冷裂纹敏感系数(Pcm)按式(2)计算，即在英格兰权力压迫时期，少女自始至终都用盖尔语而非统治阶级所要求的英语在吟唱，她表现出一种强烈地对凯尔特文明的坚守态度。
钱冠连在《语言：人类最后的家园》中指出，如果一个国家的语言消失，那么文明也会紧随其后地灭亡，由此维护母语对保存文明有着生死攸关的意义[33]。
作为凯尔特的民族悲歌，《孤独的割麦女》“代表了浪漫主义时期苏格兰的一个紧要关头，代表了苏格兰有意无意的一场文字反击”[29]，少女对文化暴力的强烈抗争令诗人产生情感波动:组织为粒状贝氏体及少量多边形铁素体的混合组织，试板尺寸300 mm×200 mm×14.8 mm. 试验所用的焊接材料是纤维素焊条E9010-G，烘焙温度为80 ℃，烘焙时间为1.5 h，其熔敷金属的化学成分及力学性能见表2. 焊接工艺参数为焊接电流120 A，焊接电压25～35 V，焊接速度150 mm/min.试验采用断裂准则. 试样采用环形缺口，插销圆柱直径为8.0 mm，缺口角度为40°，试样长为110 mm.对X100管线钢进行80，120，160 ℃三种预热温度，并在西安交通大学自主研制的ICT-10型试验机上进行插销试验，以24 h不断的最大应力为临界断裂应力. 试验结束后，将其断口进行处理，并在JSM-6390A型扫描电镜上进行不同预热温度条件下断口形貌观察分析；金相组织在RECHARTMEF3A型光学显微镜上进行光学显微组织分析；HAZ硬度在HSV-50型维氏硬度计进行测定，所用载荷为10 kg.2 试验结果及分析2.1 临界断裂应力试验结果及分析通过试验测出在80，120，160 ℃三种不同预热温度下X100管线钢的临界断裂应力σcr，试验结果见表3，关系曲线如图1所示.表1 X100管线钢化学成分(质量分数，%)和力学性能Table 1 X100 pipeline steel chemical composition and mechanical propertiesC Si Mn P S Ni Cr Cu Nb V Ti Mo Al B 0.07 0.27 1.7 0.0070.002 0.28 0.35 0.26 0.08 0.03 0.019 0.36 0.04 0.000 4碳当量Ceq冷裂纹敏感系数Pcm 屈服强度ReL/MPa 抗拉强度Rm/MPa 断后伸长率A(%) 屈强比ReL/Rm 0.522 0.228 763 890 20.7 0.857 表2 E9010-G焊条熔敷金属化学成分和力学性能Table 2 Chemical composition and mechanical properties of E9010-G electrode deposited metal表3 不同预热温度条件下的临界断裂应力Table 3 The critical fracture stress under the conditions of different preheating temperature80 25 600 120 25 710 160 25 800图1 不同预热温度下临界断裂应力与断裂时间关系曲线Fig.1 Curve of critical fracture stress and fracture time under different preheating temperature由表3、图1可以看出，在其它试验条件相同的情况下，当X100管线钢预热温度T0为80 ℃时，临界断裂应力为600 MPa；预热温度T0为120 ℃后，临界断裂应力为710 MPa，基本接近母材屈服强度的水平；随着预热温度的进一步升高，当预热温度T0为160 ℃时，临界断裂应力提高到800 MPa.可见，随着母材预热温度T0的升高，X100管线钢临界断裂应力逐渐增大. 由表1得X100管线钢的屈服强度Rm为763 MPa. 张文钺等人[3]通过研究表明：当σcr大于0.75Rm(573 MPa)时，表明材料对冷裂纹不敏感且具有良好的抗冷裂纹能力. 而三种预热温度下的临界断裂应力均高于0.75Rm(573 MPa)，即焊接性良好.这是由于当对X00管线钢进行预热时，随着预热温度的升高，改变了焊接热循环曲线，焊接接头的冷却速度逐渐降低，使得延长了t8/5，t100，tH，即延长了焊接接头在高温区的停留时间，加速了扩散氢从焊接接头的逸出，同时在焊接热影响区氢出现峰值含量的时间缩短，从而降低了焊接接头中扩散氢的含量，焊接接头处不易产生冷裂纹，使得X100管线钢临界断裂应力σcr增大.2.2 HAZ 硬度试验结果及分析通过试验测出在80，120，160 ℃三种不同预热温度下，X100管线钢的HAZ硬度值(表4)，关系曲线如图2所示.由表4、图2可得，在相同的试验条件下，当预热温度为80 ℃时，热影响区最高硬度为316 HV10；当预热温度为120 ℃时，热影响区最高硬度为291 HV10；当预热温度为160 ℃时，热影响区最高硬度为275 HV10. 总体来看热影响区冷裂倾向较小. 随着预热温度的增加，X100管线钢HAZ硬度值越来越低. 这是由于当对X00管线钢进行预热时，随着预热温度的升高，焊接接头的冷却速度逐渐降低，从而使得组织淬硬性下降，粗晶区中板条马氏体组织比例明显降低，粒状贝氏体逐渐形成、增多，并且伴有细小的针状铁素体. 组织特征为平行的板条，板条间有小角度晶界，M-A组元呈针状分布在板条束界和板条晶界之间，使得热影响区的硬度下降.同时试验所得HAZ最高硬度值均低于国际焊接学会(IIW)提出的产生冷裂纹的临界硬度350 HV10，也低于根部裂纹开裂的临界硬度值330 HV10[4]. 因此，对X100管线钢进行适当温度的预热可以降低冷裂敏感性即焊接性良好.第三，阿姨学历普遍不高，大多数是初中毕业，一小部分是高中毕业，而且远离课堂很多年，学习能力普遍不强，记忆力甚至也不是很好。
管线管和上升管用X90-X100 高强度无缝钢管的开发廖建国1 前言近年来随着深海油田开发的不断推进，高强度厚壁无缝管线管的订货量不断增加。
在深海油田和气田开采过程中，必须使用管线管和上升管将原油和气体从海底油井口或气井口输送到海上平台。
由于原油或气体是以高压方式从管线管和上升管流过，因此进一步提高管线管和上升管的强度是解决其在深海应用、降低敷设成本和提高生产效率的有效方法之一。
在以往的无缝管线管标准中，如API5L(美国石油协会标准)制定的无缝管线管的最高强度为X80(屈服强度下限为555MPa)，几乎没有强度更高的无缝管线管的应用实例。
一般说来，随着强度的提高，会担心母材及圆周焊接部的韧性会下降。
因此，为使母材同时达到高强度、高韧性和具有良好的圆周焊接性，必须开发新的钢管材质。
另外，顶张力立管(TTR)起着将井口和海上平台直接连接起来，保护生产流体流通管子的作用，因此要求其必须具有抵御海浪和海潮冲击的抗疲劳特性。
本文就以往没有的X90 和X100 级强度、可焊接无缝钢管开发时的材料设计、试制管材的性能评价及钢管母材与圆周焊接部疲劳试验和工程临界评估(ECA)方法及其可靠性评价结果进行归纳。
2 材料开发作为以往高强度管材的X70 级无缝管线管是碳含量在0.1mass%(以下用%表示)的碳钢，它含1%-1.75%Mn，并含有少量的Cr、Mo、Ni、Cu 等合金元素，其碳当量如果用Ceq 式表示，在0.42以下，如果用Pcm 式表示，在0.23 以下，且添加了微合金(Ti、Nb、V)。
其制造方法是在制管后进行淬火回火(QT)处理。
但是，在这种成分范围内要确保钢管母材强度和韧性超过X90 是很困难的。
因此，为调查钢成分对强度和韧性的影响，通过实验室试验，试制了各种钢(其合金组成变化在以下范围内，0.04%-0.07%C，1.4%-2.9%Mn，0-0.7%、Cu，0-0.9%Ni，0-0.7%Cr，0-0.8%Mo)，采用新日铁住金公司管线管生产方法之一的在线淬火回火方法对热轧厚板(20mm 厚)进行制管试验，对碳当量和添加微合金之一V 后的强度与韧性进行了比较。
X100级管线钢及其焊接性严春妍1, 李午申1, 冯灵芝1, 薛振奎2, 白世武2, 刘方明2(1.天津大学材料科学与工程学院,天津 300072;2.中国石油天然气管道科学研究院,河北廊坊 065000)摘 要:针对高压长距离油气输送管线的发展带来的对高强度钢管的巨大需求,论述了X100级管线钢的研究发展状况、冶金学设计原理、力学性能,以及现场焊接性等问题。
指出X100级管线钢的生产需要综合应用超纯净冶炼、控轧控冷工艺以及合理的合金设计等多方面的先进技术和措施。
X100级管线钢具有优良的力学性能,下屈服强度可达690MPa以上。
采用合适的焊接工艺,可获得较好的现场焊接性和强韧性良好的焊接接头,X100级管线钢的生产以及材料标准的制定等问题还有待进一步的研究。
关键词:X100级管线钢;组织结构;延性止裂;环缝焊接;焊接性中图分类号:TE973.3 文献标识码:A 文章编号:0253-360X(2007)10-105-04严春妍0 序 言随着天然气的需求在全球范围内持续增长,天然气供应以及现有输送系统使得天然气市场呈现供不应求的现状,如何实现经济有效的天然气长距离输送已成为现今全球经济大环境中的重要一环。
为了提高其输送效率、降低铺设管线费用,高钢级管线钢将成为今后长距离输气管线铺设的主要用钢。
从高钢级管线钢的开发使用上来看,近十年来,制钢业积极致力于X80级及以上高钢级高强管线钢的研制,日本新日铁等公司已成功开发出X100级的高强度钢管。
为了满足强度、低温韧性以及直缝焊接性和现场焊接性等多方面的要求,X100级管线钢的设计有必要超越先前的设计理念。
文中介绍了具有优良低温强韧平衡特性的管材的冶金学设计理念,并阐述了管材力学性能和X100级管线钢的现场焊接性。
1 研发概况对于X100级管线钢,目前国外几大钢管生产厂家均采用低碳高锰的纯净钢,结合微钛处理,在炼钢和轧钢工艺过程中通过Nb,M o,B和Ni等合金元素的固溶强化、沉淀强化、细晶强化等作用,得到具备高强度高韧性以及良好焊接性的管线钢。
X100/X120管线钢焊缝性能要求近几年来，随着天然气需求量不断增长，我国石油天然气管道工程也发展迅速，带动了管线钢产量的大幅提高。
降低长距离天然气输送管线的建设成本显得越来越重要，使用高钢级、较小直径、中等壁厚的钢管可以降低施工成本，压缩造价，降低材料成本。
20世纪90年代中期，我国管线钢年产量仅为30万t，到2009年已提高到700万t，与此同时，从管线钢的品质特性来看，我国已从20世纪80～90年代初期的铁素体-珠光体微合金管线钢发展到目前的针状铁素体管线钢，完成了第一代产品到第二代产品的转变。
随着X80强度级别管线钢的批量生产以及X100、X120管线钢的试制成功，我国已具备了X52至X120管线钢的生产能力[1]。
0 高强度管线钢的研发目前管线钢的应用范围越来越广泛，发展速度越来越快，上世纪70年代出现的控轧、控制冷却的工艺代替了冶金行业传统的热轧、正火工艺，在合金元素的成分设计方面，通过Nb的添加，制造出了X60钢；通过Nb、V的微合金化，生产出了X70钢；而X80钢是采用低碳，Nb、Ti合金化，通过控轧及加速冷却的工艺研制出来的（对于δ≥25㎜的钢板，必须添加Mo）；而X100则是在控制轧制及加速冷却的条件下，通过Mn-Nb-Ti合金化及添加Mo的情况下试制出来的高强高韧性的管线钢[4]。
通过微合金化技术和控制轧制与控制冷却技术工艺的发展，使管线钢的性能指标向高强度高韧性方面发展。
高强度级别管线钢，一般指X80、X100、X120等。
由于随着钢的强度级别的提高，在同样输气量的情况下，管材壁厚可以减小，从而可以节省用钢量。
因此，可减少管线建设的投资费用，通常管材费用占管线投资的25%～30%[4]。
1 X100/X120管线钢的化学成分、性能和组织1.1 X100/X120管线钢的化学成分2006年国内某钢厂研制的X100钢板的主要化学成分[3]，为了便于对比，列出宝钢生产的X120管线钢板的主要化学成分和碳当量。
对X100管线钢的材料分析报告X100级管线钢的现实意义近年来，随着我国对石油、天然气等能源的需求进一步增大，并且伴随最近铁矿石价格的飞涨，导致管钢成本的提高.为了减少输送成本，同时又不损失石油天然气的输送量，开发X100等级的高钢级管线钢成为一种必然。
XI0。
管线钢的应用具有巨大的经济效益，可使长距离油气管线成本节约5%〜12%（据加拿大的统计分析表明，管线钢每提高一个钢级可减少建设成本7%）,主要体现在节约材料、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，为节省管线工程的建设投资、降低运输费用，采用高强度等级的管线钢更加经济合理.随着国内一系列管道建设工程的展开，X100的高强度、高韧性带来的成本优势将促使其大规模生产应用。
目前，世界石油管道的建设正朝着长距离、大口径、高输送压力发展，为减少建设和维护成本，高钢级管线钢的开发应用已成为国内外管道用钢的研究热点.X10ca管线钢的发展及现状从近些年的发展历史来看，较早时候日本、德国的管线钢制造商与一些石油公司合作，进行高强度等级的X100和X120管线钢的开发试制.在20世纪80年代中期，X100级管线钢已完成了试验，但那时尚无实际应用的需求；1995年，几家石油和天然气公司开始设计X100级管线钢材料.欧洲自1995年开始进行X100钢管的开发试制，采用TMCP工艺，到2002年已生产了数百吨壁厚12.7〜25.4mm的X100管线钢..2002年TCPL在加拿大建成了一条管径1219mm壁厚14.3mmX100钢级的1km试验段.但是从材料设计的角度来讲，X100的研究尚不成熟，组织与性能的关系有待于进一步分析，以便为国内的X100的开发和设计奠定良好基础.从其管线钢的材料及级别来看，其发展可分为三个阶段：第一阶段为20世纪50年代年以前，是以C-MriW为主的普通碳钢，强度级别为X52以下。
第二阶段为20世纪50年代到70年代，在C-M 怖W基础上引入微量锂和铝，通过相应的热轧及轧后处理等工艺，提高了钢材的综合性能，生产出X6RX65级钢板。
高强度X100管线钢自动焊接技术研究邓贺鑫【摘要】为了获得X100高强度管线钢管环焊缝焊接接头的各项性能,在对X100高强度管线钢化学成分、力学性能分析的基础上,结合选定的焊接工艺方案,对该管线钢管环焊缝焊接接头的强度、冲击韧性、硬度、断裂韧性(CTOD)和抗氢致开裂(HIC)等进行了试验分析.结果表明,X100高强度管线钢具有良好的焊接性能,焊接接头的各项性能指标均满足管道运行安全要求,所选用的焊接材料、焊接方法和工艺参数可用于该管材的现场焊接.%In order to obtain the various properties of X100 high strength pipeline steel pipe circumferential weld welding joint,based on analyzing the chemical composition and mechanical properties,the tensile strength,low temperature impacttoughness,hardness,CTOD and HIC of welding joints were analyzed onX100 pipeline steel combined with the selected welding process.The results indicated that X100 high strength pipeline steel possesses good weldability,the various properties indicators of welding joint meet the requirement of pipeline safe operation,and the selection of welding material,welding method and the process parameters can be used for the welding on site.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2017(040)001【总页数】6页(P9-14)【关键词】焊管;X100管线钢;CRC全自动焊;焊接工艺;力学性能【作者】邓贺鑫【作者单位】中铁十八局集团建筑安装工程有限公司,天津300400【正文语种】中文【中图分类】TG457.11Abstract:In order to obtain the various properties of X100 high strength pipeline steel pipe circumferential weld welding joint,based on analyzing the chemical composition and mechanical properties,the tensile strength,low temperature impact toughness,hardness,CTOD and HIC of welding joints were analyzed on X100 pipeline steel combined with the selected welding process.The results indicated that X100 high strength pipeline steel possesses good weldability,the various properties indicators of welding joint meet the requirement of pipeline safe operation,and the selection of welding material,welding method and the process parameters can be used for the welding on site.Key words:welded pipe;X100 pipeline steel;CRC automatic welding;welding process;mechanical properties随着经济的迅速发展，能源需求日益增加。
试验与研究15文章编号：1002—025X(2013)06一0015-04X100管线钢埋弧焊接头力学性能的研究李继红1，陈飞绸1，刘斌2，张敏1(1．两安理丁大学焊接研究室，陕两两安710048；2．宝鸡石油钢管研究院，陕两宝鸡721008)摘要：通过对X100管线钢3种接头硬度、拉伸性能、低温(一10℃)冲击韧度的测试及冲击断口SEM、能谱分析．结果表明．熔池发生高温j0金反应时．将熔渣中的氧化物夹杂带入焊缝，破坏了焊缝金属的连续性焊缝在受到切应力的作用下，容易在夹杂物处引发裂纹，在周围的区域产生解理断裂关键词：X100管线钢：冲击韧性：夹杂物中图分类号：‘FG407文献标志码：B0前言X】00级钢在20世纪80年代中期已完成了试验开发1，而有关X100级钢最早的研究报告则发表于1988年2，但在那时尚无实际应用的需求．直到1995年才有几家石油和天然气公司开始设计研究X100级材料目前，加拿大已将X100(690M P a)钢纳入其国家石油管线生产标准C SA Z245．1—2002中3。
现在世界范同内已建成多条X100管线钢的试验段，X100管线钢主要采用埋弧焊接．受其恶劣的服役条件限制，在保证焊缝强度和焊接T艺性前提下重点需要解决的是如何提高焊缝低温冲击韧性，进而提高生产效率4一而埋弧焊接材料分为焊丝和焊剂，焊剂在焊接过程中对焊缝金属起机械保护、冶金处理及改善焊接TI艺性能的作用j它的焊接T艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属质量的重要因素。
到目前为此，在钢管行业中应用的烧结焊剂牌号主要有S儿0l，SJ l01G，SJ30l等，但大都只能适合低强度级别的钢种5：2009年，吴在盛等16从焊剂渣系选择、焊剂碱度、稀土氧化物及焊剂颗粒度等对焊接T艺性能和收稿日期：2012—08—28基金项目：陕西省自然科学基金资助项月(2012J M6()03)；婀安市科技计划项日(CX l250@)焊缝力学性能的影响方面，介绍了西气东输二线X80级螺旋埋弧焊管用B G—S．1101H l烧结焊剂的研制，经试验室焊接试验，在西l219m i nxl8．4m i l l的X80级螺旋埋弧焊管批量试制中成功应用并检验合格后，已经用于西气东输二线焊管生产中。
