抗大变形管线钢焊接软化问题的研究

发布时间：2020-02-27 09:06

【摘要】：抗大变形管线钢是一种基于应变设计而生产的新型低合金高强度管线钢,主要用于冻土、泥石流和地震频发的地质条件恶劣地带。对抗大变形管线钢的焊接要求是形成过强匹配焊缝,但是在实际的埋弧焊过程中,焊缝热影响区总是存在晶粒粗化和组织的恶化,并伴随不同程度的软化现象,出现了软化区,这使热影响区的性能与基材的性能严重不匹配,成为整个焊接接头最薄弱部分,制约了抗大变形管线钢的工业应用。本论文以具有双相结构铁素体-贝氏体(PF-B)的X80级抗大变形管线钢为研究对象,针对其焊接热循环过程中出现的软化问题进行研究,以揭示其软化现象的具体机制。对X80级抗大变形管线钢的实际焊接热影响区微观形貌以及显微硬度进行研究,发现实际焊缝热影响区的组织变化复杂,粗晶区组织类型为板条贝氏体、针状铁素体,且组织因为经历高温而急剧长大;细晶区的组织为晶粒尺寸大小均匀的针状铁素体和细小的马氏体/奥氏体组元(M/A);临界区组织类型较复杂有多边形铁素体、粒状贝氏体和M/A组元;回火区组织类型同母材保持一致,主要为大量粗大多边形铁素体和少量回火贝氏体。X80级抗大变形管线钢整个热影响区硬度值都低于母材的平均硬度,从粗晶区开始先下降,到临界区和低温回火区时,组织显微硬度最小,然后逐渐增大到与母材同等水平。热影响区回火区和临界区出现软化现象,与母材中贝氏体在热循环过程中发生硬相回火有关。采用焊接热模拟实验研究了 X80级抗大变形管线钢的焊接热循环过程,结合金相显微镜、扫描电镜、EBSD、透射电镜和冲击实验分析了热影响区软化区的组织变化、晶体学特征和冲击韧性。结果表明,当母材组织为多边形铁素体加贝氏体时,焊接热影响区的软化区出现在峰值温度为600℃～700℃的高温回火区,此时组织转变成硬度较低的粗大铁素体+回火贝氏体,并且回复过程加快,组织中亚结构的大幅度减少和位错密度的显著降低是产生软化区的主要原因。相反,软化区的韧性较好,但是在80℃的临界区,M/A组元发生了聚集和粗化,并且大角度晶界比例降低,导致了韧性低谷的出现。采用焊接热模拟的实验研究了不同热输入下热影响区软化区的组织以及硬度的变化。结果表明:23kJ/cm、17kJ/cm、10kJ/cm三种热输入条件下,PF-B双相抗大变形管线钢均在600℃～700℃的高温回火区出现软化,软化区的主要组织类型是粗大的多边形铁素体+少量的回火贝氏体。增大热输入软化加剧,减小热输入可以细化晶粒尺寸,减缓热影响区硬度下降。
【图文】：

１．１邋（ａ）所示，至２０２０年世界能源的需求将增加６０％，发展中国家的需求将增长１２１％，逡逑石油仍将作为一种主要能源得以发展＋２］。我国正处于能源结构调整优化，，高速发展的时期，逡逑天然气、石油将逐渐成为最主要的能源资源，图１．１邋（ｂ）是国家统计局对我国近几年石油、逡逑天然气的年消耗总量数据的统计，文献数据表明我国油、气的消耗量逐年大幅增加，预计逡逑到２０２０年年消耗石油６亿吨，天然气３６００亿立方米丨３＃。正如各国专家所预测一石油时代逡逑远还没有结束。全球五大运输方式分别是管道、公路、铁路、航空、水运，管道运输作为逡逑其中之一，与其他几种相比较而言，因其具有节能、安全、经济、高效等一系列：Ｊ可替代逡逑的优点，成为了各个国家输送油气的首选方式。管道运输有着无可比拟的特点，老不仅经逡逑济、高效安全而且可以全年不停歇运送，这些特点使得管道运输业在全球领域内飞速发展。逡逑目前，俄罗斯己建成管线７８ｘｌ０４ｋｍ，美国已建成管线１３0ｘｌ0４ｋｍ以上，我国已建成管线逦＞逡逑６ｘｌ0４ｋｍ以上。世界石油、天然气管道的总长度己建成（２００？３００）邋ｘｌ0４ｋｍ

第一章绪论逡逑相高等级Ｘ１２０抗大变形管线钢选用的是碳－锰－钼系，组织特征如图１．４所示，ＰＦ＋大逡逑量ＢＦ＋少量Ｍ／Ａ岛。逡逑灥逡逑图１．２邋Ｘ６５抗大变形管线钢金相照片逦图１．３邋ＪＦＥ－ＨＩＰＥＲ邋Ｘ８０管线钢的金相照片逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋Ｘ６５邋ｈｉｇｈ－ｓｔｒａｉｎ邋ｐｉｐｅｌｉｎｅ邋ｓｔｅｅｌ邋Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ＪＦＥ－ＨＩＰＥＲ邋Ｘ８０邋ｐｉｐｅｌｉｎｅ逡逑ｓｔｅｅｌ逡逑图丨．４无硼Ｘ１２０抗大变形管线钢的ＳＥＭ照片逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋ＳＥＭ邋ｐｈｏｔｏ邋ｏｆ邋ＸＩ２０邋ｈｉｇｈ－ｓｔｒａｉｎ邋ｐｉｐｅｌｉｎｅ邋ｓｔｅｅｌ邋ｆｒｅｅ邋ｂｏｒｏｎ逡逑表１．３“ＰＦ－Ｂ”高变形管线钢的力学性能（ＪＦＥ）邋＿逡逑Ｔａｂｌｅ邋１．３邋Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ邋ｏｆ邋ＰＦ－
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG457.11

【参考文献】

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本文编号：2583242