X80管线钢焊接热影响区的韧性分析

X80管线钢在焊接过程中,热影响区由于受到焊接过程热的作用,其组织和性能会发生较大的变化.韧性是天然气长输管线的重要性能,采用热模拟技术、现代工程测试手段和显微分析方法,分析了不同热输入参数下X80管线钢焊接热影响区粗晶区(CGHAZ)韧性(夏比冲击功和CTOD)的差异及其原因.在一定范围内,较高焊接热输入下CGHAZ的韧性比较低热输入下CGHAZ的韧性明显高,超过一定范围,随着热输入的增加韧性激剧下降.造成不同热输入下韧性差异的根本原因是由CGHAZ显微组织的差异引起的.较低的热输入下CGHAZ中产生了一定量的低碳马氏体,从而导致韧性较差.     

微合金X80管线钢焊接热影响粗晶区韧性与显微组织

利用Gleeble-1500模拟实际焊接条件下三丝纵列焊接热循环过程,通过冲击试验、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电子背散射衍射(EBSD)对微合金X80管线钢焊接热影响粗晶区(CGHAZ)的显微组织、马/奥组元(M/A)分布及形态、冲击韧性和室温组织粗化程度进行了研究。结果表明,随奥氏体稳定性元素含量的降低,CGHAZ平均晶粒尺寸无明显变化,但晶粒尺寸离散度增加;原奥氏体向贝氏体转变温度升高,晶界渗碳体含量增加,且粒状贝氏体的晶粒取向选择过于单一,大角度晶界(15°)密度显著降低;M/A组元由块状向长条状转变且数量明显减少。上述原因使微合金X80管线钢焊后热影响粗晶区冲击韧性离散性增加。     

X80管线钢焊接热影响区组织的模拟研究

采用物理模拟和数值模拟相结合的手段,利用SYSWELD有限元计算软件和Gleeble-3500热模拟试验机模拟焊接热过程,对X80管线钢焊接热影响区单道粗晶区、临界区以及经历2次热循环的亚临界粗晶区、临界粗晶区和过临界粗晶区的组织进行对比分析,归纳了不同冷却速度下组织形态、M-A组元、晶粒尺寸及第二相粒子的转变规律.     

X80管线钢粗晶区在不同焊接热输入下的韧性

采用热模拟技术、力学性能测试手段及显微分析方法,研究了三种X80管线钢焊接粗晶区在不同焊接热输入(E)下冲击韧性和断裂韧性的变化规律.结果表明,当E＞30kJ/cm时,由于粗晶区中多边形铁素体和珠光体的形成,致使其韧性严重恶化;在E＜15kJ/cm条件下,由于马氏体的过饱和固溶作用以及较高冷却速度所形成的高应力状态,使得粗晶区的韧性受到损害;而在E=15～20 kJ/cm条件下,试验钢焊接粗晶区的主要组织为多位向分布的针状铁素体,表现出较好的韧性值.     

热输入对X80管线钢焊接粗晶区组织与性能的影响

采用热模拟技术模拟研究不同热输入对X80管线钢焊接粗晶区组织与性能的影响。结果表明,焊接热影响粗晶区组织主要由板条状和粒状贝氏体组成,随着热输入的增加,焊接热影响粗晶区的板条贝氏体数量逐渐减少,粒状贝氏体数量逐渐增加,彼此交错分布。当热输入E=20 kJ/cm时,焊接热影响粗晶区晶粒虽有所长大,但板条贝氏体和粒状贝氏体交叉混合分布,表现出较好的冲击性能。通过分析得出,采用焊前预热和小热输入的焊接工艺既可以减少高温停留时间tH,防止晶粒粗化,又可以相应的提高800℃到500℃的停留时间t8/5,给组织相变提供适当的时间,以达到改善X80管线钢手工焊工艺。     

焊接热循环对X80管线钢粗晶区韧性和组织的影响

利用焊接热模拟技术、光学金相、透射电子显微镜和示波冲击韧度试验、断裂韧度试验研究了焊接热循环对X80管线钢粗晶区韧性和组织的影响。试验结果表明,在六种热循环参数下,X80管线钢模拟粗晶区具有不同的显微组织,当焊接热循环参数较小时,以下贝氏体和板条马氏体为主,随着热循环参数的增大,以粒状贝氏体为主,且其中的M—A岛的形态由细短条状转变成大长条状或大块状,分布由晶界转向晶内,同时数量增多,韧性恶化。     

X80管线钢焊接热影响区不同区域的组织性能

通过夏比冲击试验和组织观察,研究了X80管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布及其原因.结果表明,焊接峰值温度低于950℃时,韧性变化不大;当峰值温度达到1300℃时,X80管线钢所对应的粗晶热影响区韧性最低,形成了局部脆化区域.引起粗晶热影响区韧性降低的原因为晶粒的显著长大和粗大M-A岛状组织的形成.     

冷却速度对X80管线钢焊接热影响区组织性能的影响

利用Gleeble 3500热模拟试验机,建立了X80管线钢焊接热影响区的连续冷却转变曲线(SH-CCT曲线),采用金相分析、显微硬度测试和夏比冲击试验,分析了X80管线钢焊接粗晶区在不同冷却速度下的组织转变和性能变化规律.结果表明:当冷却速度低于0.3℃/s时,粗晶区组织为多边形铁素体和少量珠光体或粒状贝氏体的混合物,具有较好的冲击性能,但硬度较低;当冷却速度为0.3～2℃/s时,粗晶区中的粒状贝氏体和MA岛状组织增多,且晶界模糊,其冲击性能较差;当冷却速度在2～30℃/s时,热影响区组织以粒状贝氏体为主,MA岛状组织的形状和分布均匀,具有优良的冲击性能;当冷却速度大于30℃/s时,随着冷却速度的增加,粒状贝氏体的含量逐渐减小,而贝氏体铁素体的含量逐渐增多,硬度升高,冲击性能下降.     

X80高性能管线钢焊接热敏感性研究

利用焊接热模拟技术、光学金相、透射电镜和冲击试验，研究了4种X80高性能管线钢焊接粗晶区韧性随焊接热输入的变化规律。结果表明，其焊接粗晶区的韧性不仅受焊接热输入大小的影响，而且不同的管线钢在相同的焊接热输入下，粗晶区韧性下降的幅度不同，具有不同的热敏感性。     

X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区的组织和性能

采用热模拟技术研究了X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织、显微硬度和韧性的变化规律,分析了焊后冷却速度和粗晶区组织、性能之间的关系.结果表明,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织类型主要为铁素体和少量珠光体、粒状贝氏体、板条贝氏体和板条马氏体4种类型.焊接粗晶区软化是X80级抗大变形管线钢焊接面临的主要问题.当焊后冷却速度在15～30℃/s之间时,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区的强度、室温以及低温韧性匹配良好,组织以板条贝氏体为主.     

Microstructure and toughness of coarse grain heat-affected zone for Nb-microalloyed X80 pipeline steel

Based on welding thermal simulation on Nb-microalloyed X80 pipeline steel using Gleeble-3500 thermal simulation equipment,microstructure and impact toughness in coarse grain heat-affected zone (CGHAZ) ...     

碳化钒析出对X80管线钢焊接热影响区韧性的影响

通过Gleeble-3500热模拟机对钒(V)含量分别为0.06%和0.02%的X80管线钢进行了峰值温度为1350℃和750℃的焊接热模拟试验,利用硬度计和光学显微镜(OM)分别分析了焊接热模拟试样硬度和试样中马氏体-奥氏体岛状组织(M-A)的数量、尺寸和形貌。利用透射电镜(TEM)对母材、粗晶区和部分相变区中粒子析出进行了表征。结果表明,与0.02%含V量X80管线钢相比,0.06%含V量的X80管线钢由于V含量较高,在受到多道次焊接热循环影响时,部分相变区有较大量碳化钒(VC)粒子析出,明显阻碍位错运动,使其强度明显提高的同时脆性增大、塑性变形难以进行,导致其焊接热影响区韧性下降。     

X80管线钢焊缝组织及裂纹形成机制

采用光谱分析、夏比冲击、OM、SEM和EDS等方法研究了X80管线钢焊缝成分、组织和性能,并探讨了焊接裂纹形成机制。结果表明：由于焊接冶金和固态相变的作用,X80管线钢的焊缝呈现凝固和相变组织的综合特征,其微观组织为粒状贝氏体+大块状铁素体;焊缝处裂纹呈现结晶裂纹特征,其内部存在大量的非金属夹杂物;焊缝断口大部分为解理断裂,近裂纹边缘具有准解理断裂特征,冲击性能低于热影响区和母材。     

X80管线钢热丝TIG焊接接头显微组织和力学性能

采用热丝TIG焊对X80钢板进行对接,并研究了接头的显微组织和力学性能。结果表明:焊缝区主要为针状铁素体(AF)组织,热影响区粗晶区主要为贝氏体铁素体(BF)和粒状贝氏体(GB)组织,细晶区主要是多边形铁素体(PF)和少量贝氏体组成;焊接接头的平均抗拉强度为643 MPa,断裂在母材区;在-30℃时焊缝区的冲击吸收功高于热影响区,焊缝主要是韧脆混合断裂为主,而HAZ主要以脆性断裂为主。焊缝区的硬度较高,焊接接头HAZ存在硬化和软化现象。     

CMT增材X80钢组织和性能与韧性调控措施

针对油气管道在线修复需求,采用自主设计的低碳微合金焊丝,进行X80管线钢管的冷金属过渡(CMT)增材修复工艺优化研究。在管道服役后的X80管线钢管基板上制备增材体,观察显微组织形貌,并进行显微硬度、冲击试验和拉伸试验测试。试验结果表明,CMT增材体微观组织为板条贝氏体和少量准多边形铁素体。随着向基板过渡,板条铁素体逐渐转变为粒状贝氏体。CMT增材修复后X80管线钢基板热影响区没有发生软化。CMT增材体显微硬度是基板的119%;CMT增材体不同方向室温冲击吸收能量平均值约为基板的74%;CMT增材体不同方向断后伸长率平均值约为基板的66%,抗拉强度从大到小依次为扫描方向、搭接方向、垂直方向,其数值为基板抗拉强度的103%～114%。建议通过控制CMT增材体横截面上焊道边界(鱼鳞纹线)分布特征,减少金属经历的高温热循环次数,进而在一定程度上改善增材修复增材体韧性。创新点： (1)系统研究了冷金属过渡(CMT)增材制造X80管线钢的组织和性能。(2)提出了通过控制增材体横截面上焊道分布特征来改善增材修复增材体韧性。     

X80管线钢变形弛豫后的显微组织及析出行为

应用Gleeble-1500D热模拟试验机、维氏硬度计和ZEISS Supra55型场发射扫描电子显微镜研究了不同弛豫时间下X80管线钢的显微组织、硬度及析出物的变化情况。研究结果表明,X80管线钢弛豫后的主要组织类型为贝氏体铁素体+条片状贝氏体,在弛豫过程中显微组织得到细化,并且显微组织的形态发生改变,片条状贝氏体数量增多。在弛豫时间200 s时,硬度出现峰值。随着弛豫时间延长,析出物的数量逐渐增多,并且弥散分布。     

Microstructure and properties of HAZ for X100 pipeline steel

In general, the weld thermal cycle results in significant changes in microstructure and mechanical properties of the weld heat affected zone ( HAZ) . The microstructure, microhardness and low temperature impact toughness of HAZ for X100 pipeline steel were studied by means of welding thermal simulation. Influence of cooling time on the microstructure and properties in coarse-grained heat affected zone ( CGHAZ) was investigated. The results illustrated that polygonal ferrite and a small amount of granular bainite were obtained when the cooling time t ₈/5 is larger than 1 500 s. Mainly granular bainite was formed when the cooling time t ₈ / 5 is in the range of 1 500 s to 100 s. Bainite ferrite was observed when the cooling time is smaller than 60 s. Martensite appeared in the CGHAZ with the 20 s cooling time. The value of microhardness in the CGHAZ was higher than that of base metal ( BM) when the cooling time t 8/5 is smaller than 100 s. The CVN absorbed energy in the CGHAZ was higher than the value of BM when the cooling time t 8/5 is smaller than 30 s