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焊接热输入对X100管线钢粗晶区组织及性能的影响

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X100管线钢焊接热影响区的组织性能

X100管线钢焊接热影响区的组织性能

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

预热温度对X100管线钢焊接性的影响

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。

二次热循环对X100管线钢粗晶热影响区组织与性能的影响_刘文月

二次热循环对X100管线钢粗晶热影响区组织与性能的影响_刘文月

粗 晶 热 影 响 区 的 组 织 构 成 与 形 态 的 复 杂 性 、不 均 匀 度 增 加。 相 应 的，该 区 的 性 能 也 将 发 生 明 显 变 化， ICCGHAZ 的韧性通 常 是 整 个 热 影 响 区 最 差 的，即 发 生 了 局 部 脆 化［4 -7］ 。
虽然针对 管 线 钢 ICCGHAZ 的 局 部 脆 化 现 象 进 行了一些研究，但 是 这 些 研 究 的 对 象 主 要 是 铁 素 体珠光体与铁素体-针 状 铁 素 体 型 管 线 钢 。 到 目 ［1-2，7-8］ 前为止，针对粒状贝 氏 体 型 X100 管 线 钢 的 相 关 报 道 还不多见。 本 文 用 热 模 拟 技 术 研 究 X100 管 线 钢 粗 晶 热 影 响 区 重 新 加 热 后 组 织 与 性 能 的 特 征 ，通 过 显 微 分析方法研究 ICCGHAZ 局部脆化的原因。
现局部脆化。局部脆化的原因主要有两个： 一是临界粗晶热影响区组织粗化； 另一是该区 MA 组元数量多，尺寸大，硬度高。
关键词： X100 管线钢； 二次热循环； 组织； 粗晶热影响区
中图分类号： TG142. 1； TG406
文献标志码： A
文章编号： 1009-6264（ 2012） 03-0099-05
第3期
刘文月等： 二次热循环对 X100 管线钢粗晶热影响区组织与性能的影响
101
图 3 试验钢 CGHAZ 与 ICCGHAZ 断口形貌照片 Fig. 3 SEM micrographs showing fracture morphology of CGHAZ （ a） and ICCGHAZ （ b） of the experimental steel
图 2 冲击韧性 CVN 与 Tp2 之间关系曲线 Fig. 2 Relationship between CVN and Tp2 at － 20 ℃

探究焊接热循环对X120管线钢组织和性能的影响

探究焊接热循环对X120管线钢组织和性能的影响

2019年3月  | 175电伴热是为了维持管道、设备内输送介质的温度，保证介质的流动性，防止流体在管道内结晶而堵塞管道，对电伴热管道进行保温，能维持管道温度的恒定、减少电伴热的热损耗，节约能源和提高伴热效率。

3.2 防腐蚀一般情况下，高湿度及高盐度的区域都是易于发生腐蚀的区域。

类似的，靠近冷却塔和蒸汽喷发口的设备也更加易于发生保温层下腐蚀；此外，工作温度经常在露点温度上下切换的设备也较容易发生保温层下腐蚀现象。

API 581标准里列出了以下几个区域都是发生CUI 的高度敏感区域：(1)暴露于冷却塔的区域；(2)暴露于蒸汽喷发口的区域；(3)暴露于喷水系统的区域；(4)水分或者酸蒸汽易于进入的区域。

在对管道线路的保温层下进行检测时，应当优先对以下区域进行检查：(1)保温层上突起物，例如通风口、排水管道等；(2)保温层上不规则区域，例如阀门和管件等；(3)法兰盘及其它管道组件上保温层的终止区域；(4)垂直管上保温层的终止区域；(5)管道内较低的点；(6)高合金管道体系中的碳钢或者低合金钢法兰盘，螺栓及其他组件；(7)管道支撑以及管吊架区域等。

3.3 保温技术化工管道保温技术直接关系到工程的经济性和生产的投资，能否得到回收，因此为了防止环境热污染，应该节约能源，对设备进行合理的温度设计和结构的设计是非常必要的。

对于新保温材料进行及时更换，合理利用新型材料，对阀门法兰等尺寸进行现场特殊保温处理，精心进行保温施工和日常维护。

这些过程的顺利实施，才能达到效果好的保温效果。

导热系数小的材料应该包在内层，这样才能使热损失较小，导热系数越小的材料价格则越高，包在内层的用量比包的外层的少，投资费用则较小。

此时热损失可以变的更小一点，只有大于临界半径，保温效果才越好，保温层越厚，才能顺利的达成满意的保温效果。

4 结语化工管道的保温层，需要对保温结构、施工过程、管道功能、运行调试、成品保护等方面进行总结分析，经过实践经验，当前保温绝热工程中出现的保温层减薄、防潮层隐蔽不合格、保温外壳开裂、保冷管道凝露、热量流失等质量缺陷及其原因，都可以从技术要求、人、机、施工工序、管理、设计、材料验收等方面提出相应的控制措施，对于化工保温设计改进、施工质量控制具有重要意义。

焊接热过程对X100管线钢焊缝组织性能的影响

焊接热过程对X100管线钢焊缝组织性能的影响
第３ ６ 卷 第ｌ 期 ２ ０ １ ３ 年 １ 月
兵器材料科学 与工程
０ＲＤＮ ＡＮＣＥ ＭＡＴ ＥＲＩ ＡＬ Ｓ Ｃ Ｉ ＥＮＣ Ｅ ＡＮＤ ＥＮＧ Ｉ ＮＥ ＥＲＩ ＮＧ
Ｖ０ ｌ ｌ ３ ６ Ｎ ｏ ． １
Ｊ ａ ｎ ． ．２ ０ ｌ ３
网络 出版 时 间 ： ２ ０ １ ３ — １ ． １ ２ ２ ３ ： ３ ２ 网络 出版 地 址 ： ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗｗｗ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ ３ ３ ． １ ３ ３ １ ． Ｔ Ｊ ． ２ ０ １ ３ ０ １ １ ２ ． ２ ３ ３ ２ ． ０ ０ ６ ． ｈ ｔ ｍｌ
持一致 。
关键词 Ｘ ｌ Ｏ ０ 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 Ｔ Ｇ ４ ４ ２ 文献标识码 Ａ 文章编号 １ ０ ０ ４ — ２ ４ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ０ ７ — ０ ３
Ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｃ ｈ ｎｉ ａ ｃ ａ ｌ ｐ ｏｐ ｒ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｗ ｅ ｌ ｉｎ ｄ ｇ ｌ ｉ ｎ ｅ ｏ ｆ Ｘｌ Ｏ ０ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ Ｘ１ ０ ０ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ， ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ

焊接工艺对焊接结构弹性性能的影响

焊接工艺对焊接结构弹性性能的影响

焊接工艺对焊接结构弹性性能的影响焊接工艺是金属材料连接中的一种重要工艺，通过使用不同的焊接方法和参数，可以对焊接结构的弹性性能产生显著影响。

本文将探讨焊接工艺对焊接结构弹性性能的影响，并讨论如何选择合适的焊接工艺以提高焊接结构的弹性性能。

一、焊接过程中的热输入、冷却速率、残余应力等因素都会对焊接结构的弹性性能产生影响。

1. 热输入：焊接过程中产生的热输入会引起焊缝区域的热变形，从而影响焊接结构的弹性性能。

若热输入过高，焊接结构可能会出现塑性变形，导致弹性模量降低。

因此，在选择焊接工艺时，应合理控制热输入，避免过高的热变形。

2. 冷却速率：焊接结构在冷却过程中会发生相变和晶界重排等变化，这些变化将影响焊接结构的晶体结构和组织性能，从而影响其弹性性能。

快速冷却会导致焊接结构中的晶界重新排列，增加晶粒尺寸，影响弹性模量。

因此，在焊接过程中，应合理控制冷却速率，避免过快的冷却导致弹性性能下降。

3. 残余应力：焊接结构中的残余应力是焊接过程中产生的一种应力状态，在焊接结构的弹性性能中起着重要作用。

残余应力会改变焊接材料的晶体结构，影响原有的弹性模量。

此外，残余应力还可能导致焊接结构的变形和开裂等问题。

因此，在焊接工艺中应采取措施减少残余应力的产生，如预热、焊接后的热处理等。

二、选择合适的焊接工艺以提高焊接结构的弹性性能为了提高焊接结构的弹性性能，应根据具体情况选择合适的焊接工艺。

1. 选择适当的焊接方法：常见的焊接方法包括手工电弧焊、气体保护焊、电阻焊等。

根据焊接结构和要求的性能，选择合适的焊接方法。

例如对于对强度要求较高的焊接结构，可以采用气体保护焊，以保证焊接接头的强度和韧性。

2. 参数控制和焊接顺序：在焊接过程中，通过合理控制参数，如焊接电流、焊接速度等，以及选择合适的焊接顺序，可以提高焊接结构的弹性性能。

参数的选择应根据具体材料和材料厚度等因素进行优化，以避免过高的热输入和残余应力。

3. 焊接前后的热处理：焊接前后的热处理可以减少焊接结构中的残余应力，提高其弹性性能。

轧制工艺对X100管线钢组织性能的影响

轧制工艺对X100管线钢组织性能的影响

１实验材料及方法
实验材料取自本钢小炉冶炼的２００ｋｇ实验钢．
详细化学成分见表ｌ。实验钢经锻造加工后线切割
成西８ｍｉｌｌ×１２ｌｎｎｌ规格，然后在Ｇｌｅｅｂｌｅ．１５００Ｄ热模
表ｌ实验钢的化学成分（质量分数，％） Ｔａｂ．１ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｔｅｅｌ（ｗｔ，％１
变形量（％） 图１不同精轧变形量下的膨胀曲线及显微硬度变化
Ｆｉｇ．１ Ｄｉｌａｔｏｍｅｔｒｉｅ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
加．板条贝氏体减少。但组织变得更均匀细小。 ２．２不同终冷温度的影响
图３为实验钢在不同终冷温度下的显微组织照 片。可以看出，当终冷温度为６００℃时，主要为粒状 贝氏体．其中还含有少量的针状铁素体。当终冷温度 降到５００℃时，显微组织中出现少量的板条贝氏体， 随终冷温度的降低，板条贝氏体逐渐增多，当终冷温 度为３００℃时，显微组织主要由板条贝氏体和粒状 贝氏体组成。另外，随终冷温度的降低，Ｍ／Ａ岛数量 减少。分布变得更加细小弥散。
氏体团的尺寸及Ｍ／Ａ组元的数量和形态分布【８Ｊ。要 充分细化贝氏体组织，除了必须在相变前在母相中 为其提供尽可能多的形核位置以增加形核率外．还 要有效限制新相的长大。对于低碳钢中的贝氏体。 它属于有扩散的切变型转变，一旦形核，其长大速度
极快。因此，必须有效控制其长大速率。粗轧细化原 始奥氏体晶粒尺寸有利于提高贝氏体的形核率，细 化组织。另外，精轧变形量、冷却速度、终冷温度等也 对优化材料的组织十分重要。
图４为实验钢在不同终冷温度下的屈服强度 值。随终冷温度的升高，其强度呈下降趋势，但是，即 使终冷温度为６００℃时．其强度也在７００ ＭＰａ以上。 ２．３不同弛豫时间的影响

X100管线钢性能要求分析

X100管线钢性能要求分析

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。

X100管线钢粗晶区组织和性能的研究

X100管线钢粗晶区组织和性能的研究

成 ，随 着 冷 却 时 间 的 延 长 ，晶 粒 变 粗 大 ， 贝 氏体 化 铁 素体 粗 化 ，Ｍ— Ａ 组 元 体 积 分 数 增 大 ， 并 由 奈 状 变 成 块 状 ，晶 界 上 Ｍ— Ａ 组 元 也
变 得 粗 大 ，导 致 冲 击 韧性 下 降 ，抗 裂性 变 差 ， 冲 击 断 口形 貌 脆 性 断 裂 的 比 例 越 来 越 大 ，且硬 度 、 屈服 强度 、抗 拉０ Ｏ ３ Ｏ ． ｏ ０ ４
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 ［ ４ ３ 。 随着经 济 的
发 展 ，对 于能 源 的需 求 日益 增 长 ．Ｘ１ ０ ０管 线 钢 的研
究 和 发 展 越 来 越 受 到 重 视 ． 由于 焊 接 热 影 响 区 粗 晶 区是 焊 接 接 头 中性 能 薄 弱 的区 域 ．所 以 ．研 究 在 埋 弧 焊 时 冷 却 时 间对 热 影 响 区粗 晶 区 的组 织 和性 能 的影 响 具有 非常 重要 的实 际意 义 “ 物 理模拟 ”是 指缩 小或放 大 比例 ．或 简化条 件 ， 或代 用 材料 ，用试 验模 型 来代 替原 型 的研究 。采用 热模 拟技 术 ．可 以在 一定 尺寸 的试件上 ．模 拟焊 接热
（ ２ ）
ｔ Ｈ ＝１ ４ ． ９ ８ Ｓ ，
然 后改 变 ｔ 值 ，根据 以上公式 可得 不 同 ｔ 下 的热模
式 中 ：ｍ ３ ，ｍ 为修正 系数 ，这 里取 ｍ １ ． ５ ，ｍ ： １ 。 根 据 上 面 ２个公 式 即 可建 立 ｔ 的 冷却 时 间计 算
１ 试 验 材 料 和 方 法
１ ． ２ 热模 拟参 数 的理论计 算 １ ． ２ ． １ 冷却 时间

成型和焊接对高强管线钢管焊缝及热影响区冲击韧性的影响

成型和焊接对高强管线钢管焊缝及热影响区冲击韧性的影响

成型和焊接对高强管线钢管焊缝及热影响区冲击韧性的影响李丽;杨军;牛辉;刘海璋;席敏敏【摘要】为了提高高强管线钢管焊缝及热影响区冲击韧性性能,综述了高强管线钢管成型和焊接对焊缝及热影响区(HAZ)冲击韧性的影响.结果表明,提高高强管线钢管焊缝及HAZ冲击韧性的有效方法是,根据原料特性、生产要求、产品规格及性能指标等制定合理成型工艺和焊接工艺,精确控制成型合缝质量和焊接热输入,合理匹配线能量和预热温度,正确选用焊丝和焊剂.%In order to enhance toughness of high strength pipeline steel weld and heat affected zone(HAZ), the influences of molding and welding were summarized systematically. The results showed that the effective way to improve the impact toughness of high-strength pipeline steel weld and HAZ was formulating a reasonable molding process and welding process according to the raw material characteristics, production requirements, product specifications and performance index, controlling forming seam quality and welding heat input accurately, matching line energy and preheating temperature reasonably, and selecting welding wire and flux correctly.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2017(040)012【总页数】6页(P1-6)【关键词】高强管线钢;冲击韧性;成型合缝;焊接热输入【作者】李丽;杨军;牛辉;刘海璋;席敏敏【作者单位】川庆钻探工程公司安全环保质量监督检测研究院, 四川广汉 618300;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院, 陕西宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院, 陕西宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院, 陕西宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西宝鸡721008;宝鸡石油钢管有限责任公司钢管研究院, 陕西宝鸡 721008【正文语种】中文【中图分类】TG407石油、天然气长距离管线输送是目前公认的最为经济合理的运输方式。

热影响区 粗晶区 细晶区

热影响区 粗晶区 细晶区

热影响区粗晶区细晶区热影响区、粗晶区和细晶区是钢材热加工过程中的三个重要区域。

它们对钢材的结构和力学性能产生重要的影响，因此了解这些区域的特点以及其对钢材的影响具有重要的意义。

一、热影响区热影响区（Heat Affected Zone，HAZ）是指在钢材热加工过程中，由于焊接、熔断、热处理等原因，受到了高温的加热、保温、冷却等过程中所形成的变化区域。

该区域的微观组织、显微硬度和抗拉强度等性能相应发生变化，因此与其它区域的性能有所不同。

同时热影响区的尺寸、形状、脆性以及冷裂纹的产生等特点，对焊接质量和使用性能也有很大影响。

热影响区的大小和形状与焊接方式以及焊接厚度有关，一般来说，焊接时加热区域的温度越高，热影响区就越大。

而在焊接厚度相同的情况下，热影响区形状会随着焊接速度变化而变化。

例如，当焊接速度较快时，热影响区呈矩形，而当焊接速度较慢时，热影响区则呈椭圆形。

二、粗晶区粗晶区（Coarse Grain Region，CGR）是指钢材在高温下冷却的过程中，由于冷却速率不同，使得晶体尺寸变大的区域。

在钢材热加工过程中，粗晶区一般是由于加热速率较快而冷却速率较慢而产生的。

粗晶区的存在对钢材的力学性能、抗腐蚀性能和疲劳性能等有很大的影响。

因为在粗晶区内，钢材的晶体尺寸变大，晶界面积相对较少，晶界的强度也会较弱，从而导致力学性能的下降。

而在粗晶区表面容易形成氧化物、硫化物等环境腐蚀物，从而导致抗腐蚀性能下降。

此外，粗晶区还容易形成微裂纹和晶间腐蚀等缺陷，导致疲劳性能下降。

三、细晶区细晶区（Fine Grain Region，FGR）是指钢材在高温下冷却的过程中，由于冷却速率较快而形成的晶体尺寸相对较小的区域。

细晶区一般是由于加热速率较慢而冷却速率较快而产生的。

细晶区的存在对钢材的性能有很大的影响。

由于细晶区内，钢材的晶体尺寸相对较小，晶界面积相对较大，晶界强度较高，从而使得力学性能得到了提升。

同时，细晶区的形成也能够提高钢材的抗腐蚀性能、防止脆性断裂和疲劳性能，因为细晶区内的晶体数量更多，从而能够更好地吸收裂纹和疲劳裂纹的能量，使其不易扩展。

热输入对管线钢热模拟焊缝粗晶热影响区r冲击韧性的影响

热输入对管线钢热模拟焊缝粗晶热影响区r冲击韧性的影响

热输入对管线钢热模拟焊缝粗晶热影响区r冲击韧性的影响胡平;郑磊【摘要】为了研究不同热输入对管线钢焊缝粗晶热影响区冲击韧性的影响,选用40~55 kJ/cm 4种不同焊接热输入量(对应于t8/5=21~40 s)对管线钢进行了热模拟焊接试验,并对不同焊接热输入下的焊缝冲击韧性、冲击断口形貌进行了研究.研究结果显示,随着t8/5的增加,相变过程的冷速逐渐降低,导致相变形成的板条结构宽化,M-A组元的宽度逐渐变粗(即短轴、长轴之比增大),尺寸增大且粗大的M-A 组元在晶界上链接成串,从而降低了冲击韧性;随着t8/5的增加,韧脆转变温度升高;热模拟峰值温度一致且较高导致混晶,也是引起冲击韧性降低和试验值分散性较大的原因;冲击断口的SEM形貌观察和能谱分析显示,材料中形成的大尺寸Ti、Nb复合碳氮化物析出相,以及形成的邻近两个或多个Al2O3和CaS复合夹杂物可以成为诱发脆性解理断裂的起裂源.%In order to study the effect of different welding heat input on pipeline steel thermal simulated weld seam coarse grain heat affected zone, selected 40~55 kJ/cm 4 kinds of welding heat input (namely the range of t8/5 from 21 to 40 s) to conduct thermal simulation welding test, and studied weld impact toughness and fracture appearance morphology under different welding heat input. The results showed that as the t8/5 increased, the cooling rate dropped gradually resulting in the coarsening of the lath structure. Moreover, the width of the M-A constitute increased (namely minor axis to major axis ratio increased) and agglomeration of coarse M-A constitutes along the grain boundaries both contribute to the decline of the impact toughness. With the t8/5 extended, the ductile to brittle transition temperature was raised. Furthermore,inhomogeneous prior-austenite grain size caused by the high peak temperature during heating also led to the decreasing of the impact toughness and a large scatter of the impact toughness testing values. By means of SEM observation on the impact fractographs and EDS analysis on inclusions and precipitations, it is shown that large size carbonitride precipitation containing Ti and Nb and two or more Al2O3 and CaS combined inclusions also can played a role as the initiation site of brittle cleavage fracture.【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2017(040)006【总页数】11页(P9-19)【关键词】管线钢;焊接热输入;冲击韧性;粗晶热影响区【作者】胡平;郑磊【作者单位】宝山钢铁股份有限公司研究院, 上海 201900;宝山钢铁股份有限公司研究院, 上海 201900【正文语种】中文【中图分类】TG407Abstract:In order to study the effect of different welding heat input on pipeline steel thermal simulated weld seam coarse grain heat affected zone,selected 40～55 kJ/cm 4 kinds of welding heat input(namely the range of t8/5from 21 to 40 s)to conduct thermal simulation weldingtest,and studied weld impact toughness and fracture appearance morphology under different welding heat input.The results showed that as the t8/5increased,the cooling rate dropped gradually resulting in the coarsening of the lath structure.Moreover,the width of the M-A constitute increased(namely minor axis to major axis ratio increased)and agglomeration of coarse M-A constitutes along the grain boundaries both contribute to the decline of the impact toughness.With thet8/5extended,the ductile to brittle transition temperature wasraised.Furthermore,inhomogeneous prior-austenite grain size caused bythe high peak temperature during heating also led to the decreasing of the impact toughness and a large scatter of the impact toughness testing values.By means of SEM observation on the impact fractographs and EDS analysis on inclusions and precipitations,it is shown that large size carbonitride precipitation containing Ti and Nb and two or more Al2O3and CaS combined inclusions also can played a role as the initiation site of brittle cleavage fracture.Key words:pipeline steel;welding heat input;impact toughness;coarse grain heat affected zone天然气常采用经济、安全的长距离高压、大直径直缝焊管来实现从气源地到需求地的高效输送，其安全性设计不仅要考虑钢管母材的性能指标，还需要在管线钢进行合金成分设计时考虑到最终实现母材和焊接接头强韧性的匹配，焊缝熔合线冲击韧性是其中重要的性能指标之一。

焊接热影响区的组织和性能

焊接热影响区的组织和性能
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二、控制熔合比
熔焊时，被熔化的母材在焊缝金属(jīnshǔ)中所占的百分比，称 为熔合比。
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熔合比的计算公式为： r ＝ Fm / （Fm ＋ Ft）
式中 r—— 熔合比； Fm ——熔化的母材金属(jīnshǔ)的横截面积； Ft—— 焊缝中填充金属的横截面积。
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三、焊接(hànjiē)工艺方法的选用
Tm—加热的最高温度 TA—相变温度 tA—相变温度以上停留(tíngliú)的时间
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在焊缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历(jīnglì)的热循环不同，显然， 距焊缝越近的各点，加热达到的最高温度越高；距焊缝越远的各点， 加热达到的最高温度越低。
距焊缝(hàn fénɡ)不同距离焊件上各点的热循环
共十九页
对于低碳钢及合金元素较少的低合金
高强度钢来说，焊接热影响区可分为
过热区、正火区、不完全重结晶区和
再结晶区
不易(bùyì)淬火钢焊接热影响区
1—熔合区 2—过热区 3—正火区
4—不完全重结晶区 5—再结晶区 6—母材
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过热组织：魏氏组织(widmanstatten structure)
因此，焊接生产中，在保证焊接接头不产 生裂纹的前提下，应尽量减小热影响区的 宽度。
共十九页
• 热影响区宽度的大小与焊接方法、焊接 参数、焊件大小和厚度、金属材料热物 理性质和接头形式等有关。采用小的焊 接参数，如降低焊接电流、增加焊接速 度，可以减小热影响区宽度。不同焊接 方法，其热影响区宽度也不相同，焊条 (hàntiáo)电弧焊的热影响区总宽度为6mm，埋 弧焊约为2.5mm，而气焊则可达到27mm 左右。
1. 焊接参数对焊接接头性能的影响及控制 2. 焊接热输入对焊接接头性能的影响及控制

X100高钢级管线钢的组织特征及其对强韧性性能的影响_张小立

X100高钢级管线钢的组织特征及其对强韧性性能的影响_张小立

第 4 期
张小立等 :X100 高钢级管线钢的组织特征及其对强韧性性能的影响
·7·
1 实验材料及方法
本研究采用 2 种 X100 钢级管线钢 , 其编号和具 体成分如表 1 所示 .
试验中所使用的材料主要为国内外各厂家的 X80 管线钢(编号分别为 BA 、JF 、H Y 、JL)及部分 X100 管 线钢产 品 .夏 比冲击功 的测定按 照 APISP EC 5L 和 AST M E24 规定 进 行 .在 母 材 横 向 和 纵 向 分 别 取 CVN 试样 , 试样规格为 10 m m ×10 mm ×55 m m 的带
预制疲劳裂纹的三点弯曲试样 ;利用摆锤 、落锤等装置 进行动态加载, 测定金属材料在冲击载荷作用下的 CVN 值, V 型缺口的缺口方向为沿厚度方向 , 在 -80 ℃～ 40 ℃的系列温度下进行夏比冲击功的测试 试验 , 并评定各试样断口剪切面积 .
利用金相显微电镜 、SEM 、T EM 和先进的 EBSD 技术进行组织研究 .用于组织研究的样品取自管体横 向垂直于扎制方向 .样品经机械抛光 、腐蚀后进行金相 显微镜分析 、扫描电镜(SEM )分析 , 化学减薄后进行 透射电镜(T EM)分析 .试样经电解抛光后进行背散射 电子显微镜(EBSD)图像和数据分析 .
因而 , 1 #和 2 #试样组织差异的原因主要归结为 不同的奥氏体温度和变形温度的影响 .由于贝氏体优先 在晶界然后在晶粒内部缺陷处形核 , 前者 TMCP 工艺 中温度为较低的奥氏体温度和塑性变形温度 , 从而使得 粒状贝氏体含量高 , 而且分布均匀 .后者由于奥氏体温 度及其变形温度较高 , 使得贝氏体转变速度缓慢 , 并且 MA 多在晶界交界处 , 数量少 .
X100 管线钢 TEM 组织主要是条状铁素体和针状 铁素体 , 其中条状铁素体含有渗碳体 , 针状铁素体含有 MA 岛 , 并且 MA 岛含量较多 , 在组织中同时可观察到 板条马氏体 ,如图 3 所示 .

热输入量对890MPa臂架管焊接热影响区组织性能的影响

热输入量对890MPa臂架管焊接热影响区组织性能的影响

热输入量对890MPa臂架管焊接热影响区组织性能的影响康虹;方明山;贾冬梅;付学义;刘玉荣;王丽珍;赵晓峰
【期刊名称】《钢管》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】依据等强匹配原则,选用BHG-5焊丝对起重机臂架用890 MPa无缝钢管进行了斜Y型坡口焊接裂纹试验和不同热输入量的多层多道手动焊接试验,探究了材料的冷裂纹敏感性,以及不同热输入量对焊接接头组织和力学性能的影响。

结果表明,预热温度为150℃时,可完全避免焊接冷裂纹的产生;随着热输入量的增加,焊缝金属接头强度变化不大,但焊接接头热影响区冲击韧性明显下降,选择小于20
kJ/cm热输入量焊接时可保证焊接接头具有较好的强韧性。

【总页数】5页(P74-78)
【作者】康虹;方明山;贾冬梅;付学义;刘玉荣;王丽珍;赵晓峰
【作者单位】内蒙古包钢钢管有限公司;内蒙古科技大学;内蒙古包钢钢联股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
【相关文献】
1.焊接热输入对厚壁X80管线钢粗晶热影响区组织及性能的影响
2.不同焊接热输入量对焊缝热影响区组织和性能的影响分析
3.焊接热输入对低合金高强度船板钢
热影响区组织和性能的影响4.大热输入焊接用EH40船板钢焊接热影响区组织转变与力学性能5.焊接热输入对超低碳贝氏体钢热影响区CGHAZ组织性能影响
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改善高强韧管线钢焊接热影响区粗晶区韧性的现状与趋势

改善高强韧管线钢焊接热影响区粗晶区韧性的现状与趋势

改善高强韧管线钢焊接热影响区粗晶区韧性的现状与趋势摘要：石油、天然气是一种重要的能源，是社会发展的物质基础之一，也是国民经济的重要组成部分。

作为石油、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年取得了巨大的发展。

本文提出了改善高强韧管线钢焊接热影响区粗晶区韧性的思路与方法在于控制管线钢的合金元素、奥氏体晶粒大小、MnS的析出、控制中温转变组织以及特殊焊接工艺的开发。

关键词:管线钢;粗晶区;韧性;焊接;组织控制目前通过微合金化、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。

但经过焊接热过程后，热影响区粗晶区的晶粒粗化和组织结构的变化将使得热影响区的性能与管线钢性能严重不匹配，焊接接头热影响粗晶区不再具有管线钢的许多优异性能。

因此，高性能管线钢的焊接热影响粗晶区的韧性已成为人们关注的问题之一。

一、焊接热影响区的组织性能特点线钢焊接热影响区的组织转变特点。

根据近年来的研究，焊接条件的组织转变与热处理条件下的组织转变，从基本原理来讲是一致的。

新相的形成也是通过生核和核长大的两个过程，符合经典的结晶理论，组织转过程进行的动力也是取决系统中的热力学条件，即新相与母相的自由能之差。

但是，由于焊接过程具有本身的待点，这就给焊接时的组织转变带来了它的待殊性。

焊接本身的特点概括起来有以下五点：(1)加热的温度高一般热处理情况下，加热温度都不超过Ac 3以上100～200℃，而在焊接时，近缝区熔合线附近可接近金属的熔点，对于低碳钢和低合金钢来讲，一般都在1350℃左右。

显然，二者相差甚大。

(2)加热的速度快焊接时由于采用的热源强烈集中，故加热的速度比热处理时要快的往往超过几十倍甚至几百倍。

(3)高温停留时间短焊接时由于热循环的特点，在Ac 3以上保温的时很短(一般手工电约为4～20 s，埋弧焊时30～l00 s)，而在热处理时可以根据需要任意控制保温时间。

(4)自然条件下连续冷却在热处理时可以根据需要来控制冷却速度或在冷却过程中不同阶段进行保温。

焊接热影响区的组织与性能

焊接热影响区的组织与性能

第 10章 焊接热影响区的组织与性能熔化焊时在高温热源的作用下，靠近焊缝两侧的一定范围内发生组织和性能变化的区域称为“热影响区”（Hea Affect Zone ），或称“近缝区”（Near Weld Zone ）。

焊接接头主要是由 焊缝和热影响区两大部分组成，其间存在一个过渡区，称为熔合区，如图10-1所示，因此要保证焊接接头的质量，就必须使焊缝和热影响区的组织与性能同时都达到要求。

随着各种高强钢、不锈钢、耐热钢、以及一些特种材料（如铝合金、钛合金、镍合金、复合材料和陶瓷等）在生产中不断使用，焊接热影响区存在的问题显得更加复杂，己成为焊接 接头的薄弱地带。

10.1 焊接热循环10.1.1 焊接热循环的意义在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。

前面所述的焊接温度场反映了某瞬时焊接接头中各点的温度分布状态，而焊接热循环是反映焊接接头中某点温度随时间的变化规律，也描述了焊接过程中热源对焊件金属的热作用。

图10-2为低合金钢手弧焊时焊件上不同点的焊接热循环曲线。

离焊缝越近的点其加热速度越大，加热的峰值温度越高，冷却速度也越大。

但加热速度远大于冷却速度。

对于整个焊接接头来说，焊接中的加热和冷却是不均匀的，这种不均匀的热过程将引起接头组织和性能的不均匀变化以及复杂的应力状态。

因此，研究焊接热循环的意义为： ① 找出最佳的焊接热循环； ② 用工艺手段改善焊接热循环； ③ 预测焊接应力分布及改善热影响区组织与性能。

10.1.2 焊接热循环的参数及特征 决定焊接热循环特征的主要参数有以下四个：1. 加热速度ωH 焊接热源的集中程度较高，引起焊接时的加热速度增加，较快的加热速度将使相变过程进行的程度不充分，从而影响接头的组织和力学性能。

不同的焊接方法、工艺因素和焊件材料等将影响加热速度的大图10-1 焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材t / s图10-2低合金钢堆焊缝邻近各点的焊接热循小。

热影响区的组织与性能

热影响区的组织与性能

艺
热输入对过热区组织及脆性转变温度的影响
铁素体-碳化物
影响热影响区组织转变的因素 化学成分的影响
低碳钢和低合金钢热影响区组织与（淬硬倾
向较大的）中碳钢和调质型的低合金钢热影
响区组织有较大不同。
高合金钢、铸铁和有色金属等材料，热影响
区的组织更为复杂。
影响热影响区组织转变的因素 焊前母材供货状态
冷作硬化状态 热处理强化状态 退火状态
实测法是在实际接头上进行测量后绘制而成。
CCT图的应用
焊接热影响区的组织特征
焊接热影响区上距焊缝远近不同的部位
组织不同 不同的钢材，焊接热影响区的组织也不 同
焊接热影响区的组成
低碳钢
过热区 相变重结晶区 不完全重结晶
区
再结晶区
低碳钢的焊接热影响区特点
过热区
温度：1100-1490 ℃ 现象：加热温度高，在
热影响区的脆化
组织脆化
M-A组元中的马氏体属高碳马氏体；
M-A组元边界的显微裂纹是H的储藏地；
M-A组元只有在低碳低合金钢和中等冷却速
度时才能产生
VTrs、与M-A组元数量的关系
M-A组元数量与t8/5的关系
热影响区的脆化
时效脆化
焊接热影响区在Ac1以下的一定温度范围内，
经一定时间的时效后，因出现碳、氮原子的 聚集或析出碳、氮原子化合物沉淀相而发生 的脆化现象。 时效脆化包括：相析出脆化和热应变时效脆 化
焊接热影响区组织转变及性能
热影响区的定义： 焊接过程中，母 材因受焊接热循 环影响(但未熔化) 而发生组织和力 学性能变化的区 域叫热影响区。
热影响区的形成与组织、性能特点
焊接过程中，在形成
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第31卷第3期2010年3月焊 接 学 报TRANSACTI ONS OF T HE C H I N A W ELDI NG I N STI TUTI ONVo.l 31 No .3M arch2010收稿日期:2009-04-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(50874090)焊接热输入对X100管线钢粗晶区组织及性能的影响张骁勇1,2, 高惠临2, 庄传晶3, 吉玲康3(1.西安建筑科技大学材料科学与工程学院,西安 710048;2.西安石油大学材料科学与工程学院,西安 710065;3.中国石油天然气集团公司管材研究所,西安 710065)摘 要:采用热模拟技术、显微分析方法和力学性能测试等手段,对X100管线钢在不同焊接热输入下粗晶区的组织及性能的变化规律进行了研究.结果表明,随着焊接热输入的增加,X100管线钢的强韧性降低.当热输入为10kJ/c m 左右时,焊接粗晶热影响区的显微组织以贝氏体铁素体和粒状贝氏体为主,这种组织赋予材料以最佳的强韧性水平;当热输入为20kJ/c m 左右时,焊接粗晶热影响区的显微组织以粒状贝氏体和准多边形铁素体为主,材料有较好的强韧配合;而当热输入大于30kJ/c m 时,由于多边形铁素体增多,材料的强韧性降低.因此可将10~20kJ/c m 作为X 100管线钢的推荐热输入.关键词:X100管线钢;焊接热输入;组织;性能中图分类号:TG 142.1文献标识码:A文章编号:0253-360X (2010)03-0029-04张骁勇0 序 言X100是超高强度管线钢中的一种典型钢种.采用X100作为高压、大流量天然气输送管线管材,具有较大的经济效益.资料显示[1,2],在油气管道建设中,采用X80代替X70,可降低成本7%;采用X100代替X70,则可降低成本30%.所以X100管线钢的研究和开发,日益受到人们的关注.X100是一种新型的微合金化管线钢,在国内外的研究历史不长.在已有的文献中[3-5],多限于管线钢钢板性能的研究,对X100管线钢在焊接热过程中组织及性能的特征及其变化规律却知之不多.焊接热影响区粗晶区是整个焊接接头中性能最为薄弱的区域,因此研究X100管线钢在不同焊接热输入条件下的粗晶区组织及性能的变化规律及其焊接脆化的特征,对掌握X100管线钢焊接冶金的基本规律和推动X100管线钢的工业应用具有重要的意义.1 试验方法试验用X100管线钢板厚度为14.3mm,化学成分见表1,力学性能见表2,其基本金相组织为针状铁素体.表1 X100的化学成分(质量分数,%)Tab l e 1 C hem i c a l composition o f X100p ipe li n e s t ee lC S i M n P S C r M o 0.050.252.000.0120.00320.330.33N i Nb V T i Cu A l Fe 0.460.0550.0070.0220.200.046余量表2 X100的常规力学性能Tab l e 2 Mechan ica l p roper ties o f X100p ipe li n e st ee l屈服强度R e L /M Pa 抗拉强度R m /M Pa 断后伸长率A (%)屈强比R eL /R m 冲击吸收功A KV /J 73080520.50.91191采用热模拟试验获取X100管线钢在不同焊接热输入条件下粗晶热影响区(coarse gra i n hea t affect zone ,CGHAZ)的组织结构.热模拟试验在G leeble 1500型热模拟机上进行,热模拟参数如表3所示.其中热循环的几种t 8/5覆盖了石油、天然气输送钢管在制管焊接和野外施工焊接过程中所采用的不同焊接热输入下的冷却参数.热模拟试样分别采用 10mm 65mm 和10.5mm 10.5mm 55mm 的初始试样,试样于板厚中部(沿板厚方向两面对称加工)横向截取.热模拟试验后再将试样加工 5mm 25mm 的标准比例拉伸试样和10mm 10mm 55mm 的标准Charpy 冲击试样,沿板厚方向开制V 形缺口.拉伸试验在30焊 接 学 报第31卷表3 X100焊接粗晶影响区热模拟参数Tab l e 3 Ther m a l sm i u la tion parame ters for CGHA Z热输入E /(kJ c m -1)加热速度v /(! s -1)峰值温度T /!冷却时间t 8/5/s 高温停留时间t H /s900!1100!10130130053.622.95151301300105.433.602013013002010.867.203013013004021.7114.414013013007038.0025.2350130130010054.2836.03MTS ∀880型万能试验机上进行;冲击试验在JBC -300电子测力冲击试验机上进行.光学金相试样经机械抛光后以3%硝酸酒精溶液进行腐蚀,在REC HART MEF3A 光学显微镜下观察.TE M 试样经机械减薄至50 m 后,在双喷电解装置上以10%高氯酸+90%醋酸溶液进行双喷,在JE M 200CX 透射电子显微镜上观察.SE M 试验在TESLA ∀BS ∀300型扫描电子显微镜上进行.2 试验结果及分析2.1 力学性能特征2.1.1 强塑性X100焊接粗晶热影响区的强塑性与焊接热输入的关系如图1所示.从图中可以看出,随着热输入的增加,屈服强度和抗拉强度降低,断后伸长率略有变化.在低的焊接热输入条件下可获得高的强度水平.图1 X100在不同热输入下的拉伸力学性能F i g 1 Tensile m echan i c a l p rope rty o f X100a t d ifferen thea t inpu t s2.1.2 冲击吸收功在不同焊接热输入条件下,X100焊接粗晶热影响区在-20!时的夏比冲击吸收功变化规律如图2所示.图2 X100在不同热输入下的冲击吸收功(-20!)Fig 2Im pact abso rp tion energy o f X100a t d iff erent hea t inpu ts(-20!)试验结果表明,X100CGHAZ 的冲击吸收功随着热输入的增加而降低.当热输入在10~20kJ/c m 范围内,CGHAZ 的韧性符合工程要求.当热输入超过20kJ/c m 时,CGHAZ 的韧性明显降低,表现为焊接局部脆化.为了研究X100CGHAZ 的韧脆转变能力,测试了X100CGHAZ 在热输入为10kJ/c m 下的系列温度冲击吸收功.试验结果如图3所示.试验结果表明,在不同的试验温度下,焊接粗晶热影响区的韧性变化不大,具有优良的韧脆转变能力.图3 E =10kJ/c m 时CGHAZ 系列冲击吸收功Fig 3 I mpact abso rp tion ene rgy a t ser i a l t empe ra ture a tE =10kJ /cm2.2 组织结构特征及其对性能的影响现代管线钢是一种控轧、控冷状态的低碳微合金化钢.由于低碳、超低碳和多元的微合金化设计,以及在焊接过程中加热速度快、加热温度高和冷却速度范围较广的工艺特点,管线钢焊接粗晶热影响区(CGHAZ)的显微组织形态呈现多样性和复杂性[6].X100管线钢母材典型的光学显微组织为针状铁素体.在TE M 下,这种针状铁素体的形态如图4,第3期张骁勇,等:焊接热输入对X100管线钢粗晶区组织及性能的影响31由平行的板条贝氏体铁素体组成,板条间分布有M A 组元.图4 X100母材的透射电镜组织Fig 4 TEM m icrostructure o f X100base stee l具有针状铁素体特征的这种X100管线钢在经受不同焊接参数的热过程后,其显微组织发生较大的变化.图5是在不同的焊接热输入下,X100焊接粗晶热影响区的光学显微组织.已有的研究结果表明[7],在管线钢的焊接热过程中,根据焊接热输入不同,所形成的主要组织形态主要有多边形铁素体(PF)、准多边形铁素体(QF)、粒状贝氏体(GB )和贝氏体铁素体(BF).图5a 表明,在较低的焊接热输入下(10kJ/c m ),由于冷却速度较大,CGHAZ 的组织形态多为从奥氏体晶界向晶内平行生长的细密板条,不同位向的板条使原奥氏体晶界清晰可见.分析表明,这种细密的板条组织为BF+GB,板条间为薄膜状图5 X100在不同焊接热输入下的光学显微组织F ig 5 OM m icrostruct u re o f X100a t d iff e ren twe l d ing inp uts或条状M A,组织较为细小.这种BF+GB 的SE M 和TE M 的电子显微形态如图6所示.这一组织形态所具有的细小的有效晶粒、高密度的位错亚结构和弥散分布的微合金碳、氮化合物的沉淀析出等组织结构因素,赋予材料优良的强韧特性[8].在中等焊接热输入下(20kJ/c m ),管线钢C GH图6 E =10kJ/cm 时的组织F ig 6 M icrostruc t u rea l at E =10kJ /cmAZ 组织形态有所不同.由图5b 可以看出,由于冷速有所降低,C GHAZ 的组织主要为GB +QF .这种组织形态的SE M 形貌如图7所示.比较图6和图7可以发现,在图6的快冷条件下,板条细小,板条间的岛状组织纵横比较大,并由这种岛状组织勾画出板条的痕迹.而在图7的较慢冷却速度下,这种岛状组织多呈块状,并出现部分QF ,因而使得CGHAZ 的强韧性有所降低.32 焊 接 学 报第31卷图7 E =20kJ/c m 时的扫描电镜形貌Fig 7 SEM mo rpho l o gy a t E =20kJ /cm在高的焊接热输入下(50kJ/c m ),由于冷却速度的降低,管线钢的组织形态发生了明显的变化.由图5c 的组织观察可以发现:一方面,晶粒粗化的倾向比较明显;另一方面,组织中的QF+PF 增多.在TE M 下(图8),这种多边形铁素体或等轴铁素体的组织特征揭示得更为清晰.一般认为[7],多边形铁素体不是管线钢的理想组织状态.随着多边形铁素体或等轴铁素体组织含量的增加,材料的强韧性降低.图8 E =50kJ/c m 时形成的多边形铁素体F i g 8 PF a t E =50kJ /c m3 结 论(1)随着焊接热输入的增加,X100管线钢的强韧性降低.当焊接热输入在10~20kJ/c m 范围内,X100管线钢的焊接粗晶热影响区有较好的强韧特性,可作为X100管线钢推荐的热输入.(2)在10kJ/c m 左右的较低热输入下,X100管线钢焊接粗晶热影响区的显微组织为BF+GB .这种组织赋予材料以最佳的强韧性水平.(3)在20kJ/c m 左右的中等焊接热输入下,X100管线钢焊接粗晶热影响区的显微组织以GB+QF 为主,材料有较好的强韧配合.(4)当热输入为50kJ/c m 时,一方面晶粒粗化比较明显,另一方面粗晶区中的BF 和GB 被QF 和PF 替代,致使材料的强韧性降低.参考文献:[1] Okaguch iS.P roduction and devel op m en t ofX100and X120gradeli ne p i p es [C ]#B eiji ng :Internati onal S e m inar Forum of X100/X120Grate H igh Perf or m ance P i pe Steels ,2005.[2] 罗海文,董 瀚.高级别管线钢X80-X120的研发与应用[J].中国冶金,2006,16(4):14-15.Luo H ai w en,DongH an .Devel opm en t of X80-X120h i gh grade li nep i p e steels and t h ei r app li cati on s [J ].Ch i na M etallurgy ,2006,16(4):14-15.[3] G l overA.Research and app licati on ofX100and X120[C ]#B eiji ng :Proceed i ngs of Sy m pos i um on X80Grade S teel and Line p i pes ,2004.[4] Tak euch i I .Devel opm ent and evaluati on of h i gh strengt h li nepipef or h i gh press u re gas trans mm i son p i peli ne[C ]#X i an:Interna ti on alS e m inar on App lication ofH igh Strengt h L i ne P i pe ,2006.[5] 郑 磊,傅俊岩.高等级管线钢的发展现状[J].钢铁,2006,41(10):1-10.Zheng Le,i Fu J unyan .Recen t devel opm en t of high p erf or m ance p i peli n e steel[J].Steel&Iron,2006,41(10):1-10.[6] 高惠临.管线钢∀∀∀组织性能焊接行为[M ].西安:陕西科学技术出版社,1995.[7] 冯耀荣,高惠临,霍春勇,等.管线钢显微组织的分析与鉴别[M ].西安:陕西科学技术出版社,2008.[8] 李鹤林,郭生武,冯耀荣,等.高强度微合金管线钢显微组织分析与鉴别图谱[M ].北京:石油工业出版社,2001.作者简介:张骁勇,男,1971年出生,博士研究生.主要从事管线钢的研究和教学工作.发表论文10余篇.Em ai :lxyzhang @MA I N TOPI C S,ABSTRACTS&KE Y WORDS2010,Vo.l31,N o.3Abstrac t:The effec ts of w elding speed and we l d i ng d irec ti on on N d:YAG l ase r s hort currentM AG hybri d we l d i ng stab ili ty were i nvestigated.The expe ri m en tal results sho w ed tha t we l d i ng arc stability o fM AG and laser+MAG wou l d decrease w ith the i ncreasi ng of w elding speed,but the a rc o f laser+M AG get m ore stab l e compar i ng w it h M AG arc.The max i m a l w e l d i ng speed o f laser+MAG is m ore than one ti m e fast comparing w ith tha t of MAG.The hybr i d w eldi ng arc i n arc l eading d irec ti on w ou l d get m ore stable co m pari ng w i th that o f lase r lead i ng d irec ti on.K ey word s: GM AW;laser w eldi ng;hyb ri d we ldi ng; w elding pro cess stabilityAnal ysis of laser M AG hybrid we l d i ng p las m a rad i ation L I Zhiyong1,W ANG W ei2,W ANG X uyou2,L I H uan3(1. W e l d i ng R esearch Cen ter,N orth U n i ve rs i ty of Ch i na,T aiyuan 100081,Ch i na;2.H arbin W elding Institute,H arb i n150080, Ch i na;3.Schoo l of M ate rial Sc i ence and Eng i neer i ng,T ian jin U n i versity,T ian jin300072,Ch i na).p21-24,28Abstrac t: H o llow probe i s used t o detect the p l as m a rad i a ti on o f specific po i nt pass i ng the probe for spectru m co llecti ng. T he rad i a ti on o fMAG and l ase r M AG hybrid we l d i ng are co llect ed w ith fi ber spectrom eter.The spa ti a l distr i buti on o f t he rad i a ti on is ana l yzed to compare the d ifferences bet w een w e l d i ng process w it h and w it hou t laser hybr i d.Further m ore,h i gh speed v ideo is a lso appli ed to study the coupli ng m echanics o f l aser M AG hybr i d.The res u lt sho w s t hat a h i ghe r radiati on i ntensity zone w ill be for m ed i n the arc center.Bes i de t he cen ter zone, there is a so m ewhat l owe r rad i a ti on i ntensity zone.An∃ion ized duct zone%w ill be f o r m ed near the lase r f o cused po i nt.T he ion ized duc t i s dom ina ted by F e fu m e.The ion ized duct m akes the w elding arc m ore stable w hen t he l aser is appli ed.The h i gher ra d i ation i n tensity zone changes the distr i bution o f plas m a energy, thus m akes t he energy f ocus on the arc center.The coupli ng e ffect of l aser MAG hybrid w eldi ng w ill f o r m w eld bead w it h dee per pene trati on than M AG w e l d i ng.K ey word s: laser;M AG;hybrid we l d i ng;plas ma;spec trumFeature evalua ti on and selection of pen etration arc sound si gna l based on n eural n et work L I U L ij un1,2,LAN H u2, ZHENG H ongyan3(1.N i ngbo Institute of T echno l ogy,Zhe ji ang U n i versity,N i ngbo315100,Zhe ji ang,Ch i na;2.Schoo l ofM a teria l Sc ience&Eng i neeri ng,H arb i n U niversity o f Science and T echnology,H a rbin150080,Chi na;3.A pplied Science Col leg e,H arb i n U n i versity of Sc i ence and T echno l ogy,H a rbin 150080,Ch i na).p25-28Abstrac t: In we l d i ng processi ng pene trati on detecti on and d i agnos i s based on arc sound,how t o choose its proper para m e ters is v i ta l t o diagnosis.The feature ev al uation and se l ec ti on m ethods w ere presented,t he resu lts tra i ned by neura l net w ork w ere used to eva l uate fea t ure param eters.Because neural net w ork sati sfied the non li near m app i ng requ i re m ent for high reso l u ti on i nfor m ation compression,the co m plex class ificati on proble m in w elding penetration pattern recogn iti on was transferred to fea t ure pro cessi ng stag e,and fea t ure extra tion w as rea lized by neu ra l net w ork effecti ve l y.An ill ustrati on vali dated t he e ffecti veness o f the m e t hod.K ey words: neural net w ork;penetrati on;arc sound;fea t u re eva l uati on;patte rn recognitionInfluence of w elding heat i npu t on m icrostructure and prop erties of coarse grai n h eat affected zon e i n X100p ipe li n e steel Z HANG X i aoyong1,2,GAO H u ilin2,Z HUANG Chuan ji ng3,JI L i ngkang3(1.Schoo l of M ater i a l s Science and Eng i neering,X i an U n i versity o f A rchitecture and T echno l ogy,X i an 710055,Ch i na;2.School o f M ater i a ls Science and Eng i nee r i ng,X i an Sh i you U n i versity,X i an710065,Ch i na;3.T ubu lar G oods R esearch Center o f China N ati onal P etro l eu m Corporati on, X i an710065,China).p29-32Abstract: The i nfl uence o fw e l d i ng heat i nput on t he m i crostructure character izati on and properties of coarse g ra i n heat affected zone(CGHA Z)i n a X100pi pe li ne stee l we re investi ga ted by m eans of t her m a l si m u lati on techn i que,m icroscopic ana l ys i s m ethod and m echan i ca l property testi ng.T he resu lts sho w ed tha t the streng th and toughness o f X100p i pe li ne stee l decreased w it h t he w e l d i ng hea t i npu t i ncreasi ng.T he m icro structure of CGHAZ was m a i nly m ade up o f bainitic ferrit and granular ba i n iti c w hich cou l d bring ex ce llent streng t h and toughness when w e l ding heat w as about10kJ/c m.The quasi po lygonal ferr i te and g ranu l ar bai n itic were for m ed w ith w eldi ng heat i nput about 20kJ/c m,w hich could g et fine streng t h toughness.W hen the w e l ding heat i nput w as higher than30kJ/c m,the streng t h and toughness decreased because of t he i ncreas i ng o f po l ygonal fe r rite.Therefore,w eldi ng hea t i nput at rang e o f10-20kJ/cm w as reco mm ended i n t he we ldi ng process of X100pipe li ne stee ls.K ey w ords: X100p i peli ne stee;l w e l d i ng hea t i nput;m i crostructure;propertiesE stab lish of u ltrason ic residual stress m easure m ent s ystem based on ent i re en ve l op e w eigh ti ng algorith m W U Zhong hua1,2,Z HANG Shipi ng3,S UN H aoyu2,Z HU Z heng3(1.Co l leg e ofM echanical and E lectron ic Eng i neeri ng,Chi na U n i ve rs i ty o f P etro l eu m,Dongy i ng257061,Shandong,China;2.D rilli ng T echno l ogy R esearch Institute,Sheng li P etro l eu m Adm i n istra ti on Bureau,D ongy i ng257017,Shandong,Ch i na;3.Schoo l o f E lectr ica l Eng i neer i ng and A utoma ti c,H a rb i n Institute o fT echno l ogy,H arb i n150001,China).p33-36Abstract: The entire enve l ope w e i ghti ng algor i th m is pro posed in th i s paper and rea lized by v irtual i nstru m ent to obtain res i dua l stress by ultrason i c m easure m ent.D ifferent we i ght of re ference po i nt i s assi gned to m easure ti m e of echo signa l m ore accura pared w ith trad i tiona l si ng l e t hreshold m ethod, the experi m ent results sho w tha t t he a lgo rith m i m proved t he sta b ili za ti on of repea t m easure m ent at t he sa m e po i nt by different cond iti ons.T he uncerta i nty is ca l culated to vali date t he accuracy o f the ultrasonic measure m ent.K ey words: u ltrason ic m easurem ent;we l d i ng resi dua l stress;w e i ghti ng algor it h mH igh grad ien t residua l stresses during l aser deep penetrat i on we l d i ng of titan i um a lloy ZHANG K e rong,Z HANG Jianx un(School of M ater ials Science&Eng i neer i ng,X i an Jiaotong&。