X90管线钢焊接技术研究

发布时间：2017-10-29 00:02

  本文关键词：X90管线钢焊接技术研究

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【摘要】：X90管线钢以其高的强韧性、低的韧脆转变温度以及良好的耐腐蚀性能在油气管道建设中有着广阔的应用前景。管线钢焊接是管道生产和现场铺设的关键技术,在焊接过程中,焊接热循环对焊缝组织成分产生影响,引起焊缝性能变化,影响管道的使用寿命,研究X90管线钢的焊接技术显得尤为必要。本课题从研究X90管线钢母材组织、力学性能、焊接性、韧脆转变温度入手,进而研究三种焊接工艺对焊缝组织成分分布、力学性能、耐腐蚀性能的影响,并进行了深入的对比分析,提出了合理的焊接工艺使用意见。X90管线钢属于超细晶粒钢,晶粒尺寸在25μm左右,组织由多边形铁素体、板条贝氏体、分布于铁素体基体上的少量粒状贝氏体以及M/A岛组成。母材抗拉强度可达760MPa,屈服强度超过680MPa,常温下冲击吸收功为296J,且随着温度降低而减小,温度降至-40℃时冲击吸收功为210J,断口呈微孔聚集型断裂,有大量韧窝和少量NbC析出,力学性能超过API 5L对X90管线钢的性能要求。X90管线钢碳当量为0.51,焊接性一般,焊前预热130℃C,焊接接头表面裂纹率和断面裂纹率分别由无预热的27.95%和58.28%降至0。系列冲击试验显示X90管线钢韧脆转变温度为-80℃～-90℃,冲击吸收功随温度降低而减小,-40℃之前为韧性断裂,-60℃开始出现脆性断裂趋势,-90℃冲击吸收功突降62J,断面脆性断裂率超过50%,韧窝减少,并伴随河流扇形花样特征出现。三种焊接工艺焊接接头熔合情况良好,无损检测无缺陷出现。焊缝区晶粒较细小,SMAW焊缝组织主要由块状铁素体、粒状贝氏体组成；GMAW焊缝组织由板条贝氏体和分布于基体的M/A组成,板条束宽度在0.6μm左右,M/A尺寸细小,约0.1μm；SAW焊缝组织较大,主要组织为针状铁素体和少量粒状贝氏体。CGHAZ晶粒粗化严重,主要由板条贝氏体、粒状贝氏体和M/A组成,板条束宽度增加至1μm。细小M/A、分布于软相铁素体基体的粒状贝氏体和板条贝氏体的共同作用,使得X90焊缝具有良好的强韧性。三种焊接工艺熔合区含碳量较高,元素Fe、Mn、Si含量与母材相近,Ni、Cr、Mo含量增加,SMAW熔合区出现A1的氧化物,并且含Nb量很少,合金元素分布不均,焊缝质量低于GMAW和SAW。力学试验表明,SAW.GMAW和SMAW焊接接头抗拉强度依次为790MPa、771MPa和721MPa,塑性从25%逐渐降低至20%,屈强比约为0.9；SAW与GMAW试样冲击吸收功比SMAW高约40J,冲击吸收功随温度降低而减小,-40℃时最低为141J,并且均为微孔聚集型韧性断裂,断面出现韧窝及金属碳化物粒子；当焊缝弯曲至120。时,SMAW接头试样出现裂纹,而GMAW和SAW试样弯曲150。仍未出现缺陷；三种焊接接头根焊层、填充层、盖面层硬度分布趋势一致,盖面层硬度最高。焊缝区硬度稍低于母材,熔合线处出现谷值,过熔合线后近母材侧硬度显著增大,SAW此处硬度约为284HV,然后进入软化区,硬度降低,随后逐渐接近母材的255HV。力学性能试验表明,同种情况下,SAW焊接质量略高于GMAW, SMAW焊接质量较差。焊接接头在不同浓度或pH的HCl、NaOH、NaCl溶液中浸泡腐蚀试验结果显示,随着溶液浓度的增加,三种焊接接头的腐蚀速率逐渐加大,三种焊接工艺焊接接头耐腐蚀性能依次为：GMAW≥ SAW SMAW。焊接接头对碱性环境耐蚀性较好,而酸性、电解质盐类均对焊接接头有明显的腐蚀作用。在较低浓度或pH下腐蚀接近轻度级别,SMAW焊接接头在pH=1的HC1溶液和5%的NaCl溶液中腐蚀达到重度级别。电化学腐蚀试验表明,SMAW试样自腐蚀电流最高,阻抗最低,三种焊接接头腐蚀均为重度级别,因此在强电解质溶液中建议采取保护措施。
【关键词】：X90管线钢 焊接技术 组织成分 力学性能 腐蚀
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.11
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 选题背景、目的及意义9-10
• 1.2 管线钢的发展历程10-13
• 1.2.1 管线钢的发展10-12
• 1.2.2 管线钢的组织演变12-13
• 1.3 管线钢国内外研究现状13-19
• 1.3.1 管线钢的制造技术现状13-15
• 1.3.2 管线钢焊接技术研究现状15-16
• 1.3.3 管线钢的腐蚀研究概述16-18
• 1.3.4 X90管线钢研究现状18-19
• 1.4 本课题研究内容19-20
• 第2章 试验材料及方法20-29
• 2.1 试验材料20-21
• 2.2 试验方法21-29
• 2.2.1 抗裂性能研究21-22
• 2.2.2 组织形貌观察及成分分析22-23
• 2.2.3 力学性能试验23-25
• 2.2.4 焊接接头耐腐蚀性能试验25-29
• 第3章 X90管线钢焊接性研究及焊接工艺制定29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 X90管线钢组织和力学性能研究29-34
• 3.2.1 管线钢母材显微组织29-31
• 3.2.2 管线钢母材力学性能31-32
• 3.2.3 冲击试样断口形貌观察32-34
• 3.3 X90管线钢焊接性评价34-37
• 3.3.1 X90管线钢碳当量计算34-35
• 3.3.2 X90管线钢冷裂敏感指数及预热温度的计算35-36
• 3.3.3 斜Y型坡口焊接裂纹试验36-37
• 3.4 X90管线钢脆韧转变温度的测定37-40
• 3.4.1 试验方法37-38
• 3.4.2 试验结果分析38-40
• 3.5 X90管线钢焊接工艺制定40-45
• 3.5.1 焊接方法40-41
• 3.5.2 焊接接头坡口设计41
• 3.5.3 焊前预热及层间温度控制41-42
• 3.5.4 焊接材料的选择42-44
• 3.5.5 焊接工艺参数的制定44-45
• 3.6 小结45-46
• 第4章 焊接工艺对焊接接头组织成分的影响46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 焊接接头无损检测46-47
• 4.3 焊接工艺对焊接接头金相组织的影响47-51
• 4.3.1 焊缝区显微组织49-50
• 4.3.2 HAZ粗晶区显微组织50-51
• 4.4 焊接工艺对接头熔合微区成分的影响51-54
• 4.5 小结54-56
• 第5章 焊接工艺对焊接接头力学性能的影响56-69
• 5.1 引言56-57
• 5.2 焊接工艺对拉伸性能的影响57-60
• 5.3 焊接工艺对冲击性能的影响60-65
• 5.4 焊接工艺对弯曲性能的影响65-66
• 5.5 焊接工艺对显微硬度的影响66-68
• 5.6 小结68-69
• 第6章 焊接工艺对焊接接头耐腐蚀性能的影响69-79
• 6.1 引言69
• 6.2 X90管线钢焊接接头浸泡腐蚀试验69-74
• 6.2.1 焊接接头在不同浓度HCl中的浸泡腐蚀试验70-71
• 6.2.2 焊接接头在不同浓度NaOH中的浸泡腐蚀试验71-73
• 6.2.3 焊接接头在不同浓度NaCl中的浸泡腐蚀试验73-74
• 6.3 X90管线钢焊接接头电化学腐蚀试验74-78
• 6.3.1 焊接接头电化学极化试验75-76
• 6.3.2 焊接接头交流阻抗试验76-78
• 6.4 小结78-79
• 第7章 结论79-81
• 7.1 结论79-80
• 7.2 下一步工作80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间发表论文87

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