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冷却速度对X80管线钢焊接热影响区组织性能的影响
对于长距离天然气输送管道,采用高钢级管线钢是节省成本的主要方法。加拿大管道工业的实践证明:同X60相比,采用X70输送管的壁厚可以减小14%;同X70相比,采用X80输送管的壁厚可以进一步减小12.5%。焊接是钢管制造和管道建设的关键环节之一,由于受到不均匀的焊接热循环作用,其焊接热影响区(HAZ)是管道的薄弱部位。冷却速度是决定HAZ组织性能的主要参数,它与焊接热输入、工件厚度和周围散热条件有关。因此,制定合理焊接工艺,控制焊接冷却速度,使HAZ得到优良的组织性能,避免HAZ裂纹的产生,从而保证管道的运行安全。本文利用Gleeble3500热模拟试验机,对X80管线钢HAZ的连续冷却转变曲线(simulated heat-affected zone continuous cooling transformation,SH-CCT)进行了测定,研究了不同冷却速度下HAZ的组织、硬度和冲击性能的变化规律,以便于对X80管线钢HAZ的组织性能预测及合理焊接工艺的制定。
  实验用材为22.0mm厚的X80管线钢钢板,其化学成分(质量分数,%)为:0.055C,0.15Si,1.84Mn,0.026Cr,0.24Mo,0.27Ni,0.023Nb,0.0054V,0.012Ti,0.29Cu,0.0001B,0.028Al,0.0046N,0.0063P,0.0023S;其抗拉强度为687MPa,屈服强度为566MPa,组织为B粒+PF+MA+P。
  将实验用X80管线钢加工成圆棒试样和ISO-Q试样,利用Gleeble3500热模拟试验机、CCT膨胀仪和ISO-Q装置进行热模拟试验。首先将试样以0.05℃/s的速率缓慢加热至1050℃,测得X80管线钢的临界相变点Ac1和Ac3。然后,将试样以200℃/s的速度加热到峰值温度1300℃,保温1s后,用8s从1300℃降温到900℃后,再分别以0.05、0.1、0.3、0.5、1、2、3、5、10、15、20、30、50、60、100和200℃/s的速度冷却到室温,测定试样的膨胀曲线,确定材料在各个冷却速度下对应的相变温度,从而得到X80管线钢的SH-CCT曲线。
  随着冷却速度增加,X80管线钢HAZ的显微组织由以多边形铁素体为主,转变为以B粒或板条马氏体为主,硬度随之升高。当焊接热输入太大或预热温度过高,冷却速度低于2℃/s时,X80管线钢HAZ的组织以多边形铁素体或B粒为主,但由于珠光体的存在和MA岛状组织块状分布,导致粗晶区的冲击性能较差。当焊接热输入太小,预热温度太低,冷却速度大于30℃/s时,X80管线钢HAZ的组织以BF或片状马氏体为主,导致粗晶区的冲击性能降低。制定合理的焊接工艺,控制冷却速度在2~30℃/s范围内,X80管线钢HAZ组织以B粒为主,MA岛状组织呈弥散分布,其粗晶区具有合适的硬度和优良的冲击性能。

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发布时间:2013-12-3 已被阅读1149次
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