基于镍基焊材与碳钢焊材的X65管线钢焊接接头SSCC性能研究

发布时间：2017-09-13 22:34

本文关键词：基于镍基焊材与碳钢焊材的X65管线钢焊接接头SSCC性能研究

【摘要】：基于奥氏体不锈钢具有的良好综合性能,选用Arc625镍基合金焊材对X65钢管进行组对焊接,探索使用此类焊材替换传统焊接材料进而大幅度提高油气管线中焊接接头的耐H_2S应力腐蚀开裂(SSCC)的可能性。本文主要研究了A、B、C、D四类接头的SSCC性能,其中,C类接头为采用Arc625焊材所得,A、B、D三类接头采用碳钢焊材,比较了采用镍基合金与普通碳钢焊材所得管线钢焊接接头在显微组织、力学性能、电化学腐蚀性能、氢渗透能力等方面的差异。(1)A、B、C、D四类接头的显微组织观察与力学性能分析结果表明:(1)母材:四类接头的母材组织均由块状铁素体、残余奥氏体及少量针状铁素体组成,组织均匀,对应的硬度值处于偏低的水平,保持在165-180HV;(2)热影响区(HAZ):四类接头的热影响区细晶区晶粒细小,粗晶区均出现不同程度的晶粒粗化现象,其中B、D两类接头的HAZ粗晶区中含有大量粗大马氏体与残余奥氏体组织,大量大块碳化物沿晶界析出,大大恶化了接头性能,硬度值较母材有所增大,在170-220HV范围内;(3)焊缝:A、B、D三类接头的根部焊缝均由定向生长的柱状铁素体间分布有针状铁素体组成,上焊缝由细小均匀的针状铁素体组织组成,整体硬度稍高于母材,而C类接头焊缝由大量枝状晶、胞状晶组成,局部超过硬度值超过了300HV;(4)力学性能:由于四类焊接接头组织不均匀、组织粗化等原因,使得拉伸试样的屈服强度、抗拉强度、延伸率较母材均有所下降,其中C类接头试样力学性能较好。(2)B、C两类接头的电化学腐蚀试验结果表明:C类接头焊缝的腐蚀电流密度与腐蚀速率值较B类接头焊缝均小一个数量级。B、C两类接头的热影响区与母材的极化曲线几乎重合,腐蚀电流密度与腐蚀速率值相当。B、C、D三类接头及母材的氢渗透试验结果表明:母材的J∞L、Dapp值最小,capp和NT值最大,C类接头的J∞L、Dapp值最大,capp和NT值最小,即采用镍基合金焊材所得焊接接头表现出了较强的抗氢渗透能力。(3)针对A、B、C、D四类焊接接头的SSCC性能进行了测试,经720小时测试后发现B、C两类接头试样出现了开裂,A、D两类接头完好。其中,B类接头熔合区位置有较深的腐蚀沟,焊缝处有气孔出现;C类接头沿熔合线走向出现较长较浅的线型裂纹,且B类接头开裂处内部平整,表明此类开裂以阳极溶解形腐蚀为主导,而C类接头裂纹内部有微小缝隙出现,这是氢深入金属内部导致的。进一步对C类接头开裂试样进行EDS能谱分析,结果表明:C类接头未开裂处碳元素在热影响区向焊缝的过渡上比较平滑,而开裂处碳元素在熔合区附近含量波动较大,这是由于碳迁移形成的脱碳层与富碳层引起的。同时,镍、铬元素在C类接头开裂处的分布也出现了较大幅度的波动。(4)A、B、C、D四类焊接接头的母材及过渡层XRD物相分析结果表明:四类焊接接头母材与过渡层的物相组成中未发现含有有害相,主要由γ相与α相组成。
【关键词】：管线钢焊接接头 镍基合金焊缝 碳钢焊缝 H_2S应力腐蚀开裂性能 过渡层 元素分布 物相组成
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG407
【目录】：

摘要5-7
Abstract7-11
第一章绪论11-19
1.1 前言11-15
1.1.1 选题背景及意义11
1.1.2 管线钢的发展历程11-13
1.1.3 管线钢的焊接方法与焊接材料13-15
1.2 H_2S应力腐蚀开裂介绍15-16
1.3 H_2S应力腐蚀开裂的试验方法16-17
1.4 本文研究的主要内容17-19
第二章基于镍基焊材与碳钢焊材确定X65管线钢焊接工艺19-23
2.1 试验材料的选择19
2.2 焊接方法的选择19
2.3 焊接工艺的确定19-22
2.4 本章小结22-23
第三章基于镍基焊材与碳钢焊材分析焊接接头的组织及力学性能23-34
3.1 X65管线钢焊接接头的显微组织分析23-28
3.2 X65管线钢焊接接头的显微硬度分析28-30
3.3 X65管线钢焊接接头的拉伸试验30-32
3.4 本章小结32-34
第四章基于镍基焊材与碳钢焊材开展焊接接头的电化学及氢渗透试验34-43
4.1 X65管线钢焊接接头的电化学腐蚀测试34-36
4.2 X65管线钢焊接接头的氢渗透试验36-42
4.3 本章小结42-43
第五章基于镍基焊材与碳钢焊材开展焊接接头的SSCC试验43-61
5.1 试样的制备43-44
5.2 四点弯曲应力加载介绍44-47
5.3 试验流程介绍47
5.4 试验结果47-50
5.4.1 试样SSCC试验后的宏观形貌47-49
5.4.2 试样SSCC试验后的无损检测49-50
5.5 SSCC试验开裂试样的SEM形貌50-53
5.6 SSCC试验开裂试样的EDS分析53-60
5.6.1 碳元素迁移对熔合区SSCC性能的影响53-57
5.6.2 铬、镍元素的偏析对熔合区SSCC性能的影响57-60
5.7 本章小结60-61
第六章基于镍基焊材与碳钢焊材进行焊接接头的XRD分析61-65
6.1 X65管线钢焊接接头母材的XRD物相分析61-62
6.2 X65管线钢焊接接头过渡层焊缝的XRD物相分析62-64
6.3 本章小结64-65
第七章结论65-67
参考文献67-70
致谢70-71
参与的科研项目与研究成果71-72

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