超声冲击处理对X80管线钢接头组织和力学性能的影响
发布时间：2021-01-24 18:19
我国的油气资源具有分布不均衡的特点,东部一些城市供气不足,因此通过管道实现石油天然气资源的安全输送至关重要。提高管线钢的等级可以减少钢材使用量,因此X80高级管线钢近年来逐步得到了应用。西气东输采用的X80管线钢在服役过程中常常面临恶劣的服役条件和自然环境,改善X80管线钢焊接接头的组织和力学性能具有重要意义。鉴于超声冲击技术能够从内外全方位调控焊接接头质量,本文共采用3种超声冲击工艺对X80管线钢接头进行处理:○1铣去X80管线钢接头余高,进行焊缝表面超声冲击处理,研究表层的组织变化以及表面强化机制;○2对接头的焊趾进行超声冲击处理,研究超声冲击处理对X80管线钢接头疲劳断裂机制的影响;○3在焊接过程中对X80管线钢焊缝进行分层超声冲击处理,研究分层超声冲击处理对焊缝内部组织与力学性能的影响。（1）对超声冲击处理后焊缝表面强化机理进行详细研究,结果表明:焊缝超声冲击处理后表层出现一定深度的塑性变形层;变形层内的组织细化,显微硬度提高,且呈现梯度变化的规律;焊缝超声冲击处理后的塑性变形机制为位错滑移;通过位错的滑移、湮灭和重排形成位错缠结、位错墙、亚晶界和晶界,进而细化焊缝表层晶粒。（...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声冲击设备原理图
第1章绪论11层进行组织观察，分析超声冲击处理对X80管线钢焊缝塑性变形层深度、硬度、微应变、位错密度和组织细化等的影响。研究X80管线钢焊缝的表面强化机制。2）超声冲击处理对X80管线钢接头疲劳断裂机制的影响对X80管线钢接头的焊趾进行超声冲击处理。分别在150MPa、130MPa、110MPa、90MPa和70MPa的应力水平下进行高频疲劳试验。可以发现，在同一应力水平下，超声冲击处理后接头的疲劳寿命是未处理接头的3倍左右。通过观察接头超声冲击处理前后的疲劳断口，可以发现，超声冲击处理可以闭合焊缝表面的微裂纹和缺陷，使疲劳裂纹萌生于次表面。3）分层超声冲击处理对X80管线钢接头的组织和力学性能的影响未处理接头的组织大多为粗大的柱状晶，分层超声冲击处理接头柱状晶数量减少，细小的等轴晶数量增多。分层超声冲击处理产生的位错和较大的金属氧化物等促进后续焊道在超声冲击处理层上形核，进而抑制了柱状晶的生长。分层超声冲击处理后X80管线钢接头的疲劳裂纹扩展速率降低，冲击韧性提高14.77%左右。4）本文的技术路线图1.2所示：图1.2技术路线Fig.1.2Thetechnicalroute
吉林大学硕士学位论文142.1.2X80管线钢的显微组织金相试样制备过程：采用线切割从X80管线钢母材切取长22mm，宽10mm，高10mm的试样；采用200#、400#、600#的砂纸对母材进行粗磨，去除线切割痕迹；采用800#、1000#和1500#的砂纸对母材试样进行细磨，使其磨痕方向一致；采用抛光机进行抛光，直至磨痕完全消失；将试样放置于超声清洗机中进行超声清洗；配置4%HNO3酒精溶液并进行腐蚀，腐蚀时间30s；腐蚀后分别采用水洗、酒精清洗，并使用吹风机吹干；为防止氧化，应尽快进行金相观察或将制备完成的金相试样放置于干燥皿中。金属材料的金相组织往往可以直观反应其力学性能，X80管线钢母材的金相组织如图2.1所示，可以看出，X80管线钢母材的主要组织为准多边形铁素体（QPF）、针状铁素体（AF）和粒状贝氏体（GB）。准多边形铁素体形状不规则，硬度较小，塑性较好。针状铁素体呈现针状形态并相互交织排列，位错密度高，强韧性好。粒状贝氏体中M-A组元可以提高X80管线钢强度，降低管线钢韧性。因此X80管线钢的金相为多种组织相互交错分布的结构。当管线钢受到外力的作用时，可以同时具备较高的强度和塑韧性。图2.1X80管线钢显微组织Fig.2.1MicrostructureofX80gradepipelinesteel
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷丸对X70管线钢焊接接头组织与性能的影响[J]. 李丰博,肖桂枝. 金属热处理. 2017(09)
[2]X80大应变管线钢焊接热影响区疲劳性能的研究[J]. 谢志远,乔桂英,赵作鹏,杨玮玮,李国鹏,肖福仁. 焊管. 2017(05)
[3]我国高钢级、大直径油气输送直缝埋弧焊管研究进展[J]. 陈小伟,王旭,李国鹏,肖福仁. 钢管. 2016(05)
[4]X80管线钢连续冷却转变规律的研究[J]. 袁晓鸣,王少柄,袁媛. 包钢科技. 2016(03)
[5]外径1422mm的X80钢级管材技术条件研究及产品开发[J]. 张伟卫,李鹤,池强,赵新伟,霍春勇,齐丽华,李炎华,杨坤. 天然气工业. 2016(06)
[6]我国高钢级管线钢和钢管应用基础研究进展及展望[J]. 冯耀荣,霍春勇,吉玲康,李鹤林. 石油科学通报. 2016(01)
[7]Q345钢疲劳裂纹扩展Paris公式中参数的统计分布[J]. 解梦莹,安宗文,秦浩星,高建雄. 机械制造. 2016(05)
[8]X80钢焊接热影响区脆化软化现象热模拟试验研究[J]. 赵波,李国鹏,王旭,付彦宏,刘涛,张红,李涛. 焊管. 2016(03)
[9]坡口形式对Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的影响[J]. 蔡建鹏,叶延洪,张彦杰,邓德安. 机械工程学报. 2015(10)
[10]去应力退火处理对310S钢焊接接头残余应力与力学性能的影响[J]. 孙有平,张扬扬,涂耀耀,韩俊,李旺珍. 焊接技术. 2015(02)
博士论文
[1]低碳结构钢热塑性成形过程的组织细化[D]. 伍来智.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]超声冲击工艺对钛合金焊接头性能的影响研究[D]. 黄丽婷.南京航空航天大学 2014
[2]轨道钢表面超声冲击强化的研究[D]. 尚刚.沈阳理工大学 2013
[3]超声冲击法消减焊接残余应力的试验分析研究[D]. 刘秀伟.重庆交通大学 2008
本文编号：2997707
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声冲击设备原理图
第1章绪论11层进行组织观察，分析超声冲击处理对X80管线钢焊缝塑性变形层深度、硬度、微应变、位错密度和组织细化等的影响。研究X80管线钢焊缝的表面强化机制。2）超声冲击处理对X80管线钢接头疲劳断裂机制的影响对X80管线钢接头的焊趾进行超声冲击处理。分别在150MPa、130MPa、110MPa、90MPa和70MPa的应力水平下进行高频疲劳试验。可以发现，在同一应力水平下，超声冲击处理后接头的疲劳寿命是未处理接头的3倍左右。通过观察接头超声冲击处理前后的疲劳断口，可以发现，超声冲击处理可以闭合焊缝表面的微裂纹和缺陷，使疲劳裂纹萌生于次表面。3）分层超声冲击处理对X80管线钢接头的组织和力学性能的影响未处理接头的组织大多为粗大的柱状晶，分层超声冲击处理接头柱状晶数量减少，细小的等轴晶数量增多。分层超声冲击处理产生的位错和较大的金属氧化物等促进后续焊道在超声冲击处理层上形核，进而抑制了柱状晶的生长。分层超声冲击处理后X80管线钢接头的疲劳裂纹扩展速率降低，冲击韧性提高14.77%左右。4）本文的技术路线图1.2所示：图1.2技术路线Fig.1.2Thetechnicalroute
吉林大学硕士学位论文142.1.2X80管线钢的显微组织金相试样制备过程：采用线切割从X80管线钢母材切取长22mm，宽10mm，高10mm的试样；采用200#、400#、600#的砂纸对母材进行粗磨，去除线切割痕迹；采用800#、1000#和1500#的砂纸对母材试样进行细磨，使其磨痕方向一致；采用抛光机进行抛光，直至磨痕完全消失；将试样放置于超声清洗机中进行超声清洗；配置4%HNO3酒精溶液并进行腐蚀，腐蚀时间30s；腐蚀后分别采用水洗、酒精清洗，并使用吹风机吹干；为防止氧化，应尽快进行金相观察或将制备完成的金相试样放置于干燥皿中。金属材料的金相组织往往可以直观反应其力学性能，X80管线钢母材的金相组织如图2.1所示，可以看出，X80管线钢母材的主要组织为准多边形铁素体（QPF）、针状铁素体（AF）和粒状贝氏体（GB）。准多边形铁素体形状不规则，硬度较小，塑性较好。针状铁素体呈现针状形态并相互交织排列，位错密度高，强韧性好。粒状贝氏体中M-A组元可以提高X80管线钢强度，降低管线钢韧性。因此X80管线钢的金相为多种组织相互交错分布的结构。当管线钢受到外力的作用时，可以同时具备较高的强度和塑韧性。图2.1X80管线钢显微组织Fig.2.1MicrostructureofX80gradepipelinesteel
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷丸对X70管线钢焊接接头组织与性能的影响[J]. 李丰博,肖桂枝. 金属热处理. 2017(09)
[2]X80大应变管线钢焊接热影响区疲劳性能的研究[J]. 谢志远,乔桂英,赵作鹏,杨玮玮,李国鹏,肖福仁. 焊管. 2017(05)
[3]我国高钢级、大直径油气输送直缝埋弧焊管研究进展[J]. 陈小伟,王旭,李国鹏,肖福仁. 钢管. 2016(05)
[4]X80管线钢连续冷却转变规律的研究[J]. 袁晓鸣,王少柄,袁媛. 包钢科技. 2016(03)
[5]外径1422mm的X80钢级管材技术条件研究及产品开发[J]. 张伟卫,李鹤,池强,赵新伟,霍春勇,齐丽华,李炎华,杨坤. 天然气工业. 2016(06)
[6]我国高钢级管线钢和钢管应用基础研究进展及展望[J]. 冯耀荣,霍春勇,吉玲康,李鹤林. 石油科学通报. 2016(01)
[7]Q345钢疲劳裂纹扩展Paris公式中参数的统计分布[J]. 解梦莹,安宗文,秦浩星,高建雄. 机械制造. 2016(05)
[8]X80钢焊接热影响区脆化软化现象热模拟试验研究[J]. 赵波,李国鹏,王旭,付彦宏,刘涛,张红,李涛. 焊管. 2016(03)
[9]坡口形式对Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的影响[J]. 蔡建鹏,叶延洪,张彦杰,邓德安. 机械工程学报. 2015(10)
[10]去应力退火处理对310S钢焊接接头残余应力与力学性能的影响[J]. 孙有平,张扬扬,涂耀耀,韩俊,李旺珍. 焊接技术. 2015(02)
博士论文
[1]低碳结构钢热塑性成形过程的组织细化[D]. 伍来智.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]超声冲击工艺对钛合金焊接头性能的影响研究[D]. 黄丽婷.南京航空航天大学 2014
[2]轨道钢表面超声冲击强化的研究[D]. 尚刚.沈阳理工大学 2013
[3]超声冲击法消减焊接残余应力的试验分析研究[D]. 刘秀伟.重庆交通大学 2008
本文编号：2997707
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