抗大变形管线钢焊接热影响区组织性能研究

论文摘要

为节省管线工程的建设投资、降低运输费用,采用高压大管径高钢级管线钢是石油、天然气长线输送管道发展的必然趋势。但是单纯的高强度并不能确保管线的安全,为了防止管线失效需要基于应变设计的大变形管线钢。抗大变形管线钢在满足管线高压、大流量输送强度要求的同时,还具有防止管线因大应变而引起的屈曲、失稳和延性断裂的极限变形能力。焊接是管道施工的关键环节,焊接热影响区粗晶区可能会出现软化和晶粒粗大等问题,这将导致焊接接头的性能与管线钢性能不匹配,进而对管道的变形能力产生直接的影响。本研究采用焊接热模拟技术,得到了X80级抗大变形管线钢的SH-CCT曲线,研究了不同焊接热循环条件下,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织、硬度、韧性以及低温韧性的变化规律,分析了焊后冷却速度和粗晶区组织、性能之间的关系。X80级抗大变形管线钢的临界相变温度Ac1和Ac3分别为690℃和892℃。X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织类型主要为铁素体和少量珠光体、粒状贝氏体,板条贝氏体和板条马氏体四种类型。当冷却速度小于0.5℃/s时,X80级抗大变形管线钢焊接热影响区粗晶区组织主要为铁素体（PF）和少量珠光体（P）的混合物；当焊后冷却速度在1℃/s-5℃/s之间,X80级抗大变形管线钢焊接热影响区粗晶区组织以粒状贝氏体为主；当焊后冷却速度在10℃/s-30℃/s时,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织以板条贝氏体为主；当焊后冷却速度大于50℃/s时,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织主要为板条马氏体。X80级抗大变形管线钢焊接面临的主要问题是粗晶区软化。当冷却速度大于等于15℃/s时,焊接粗晶区显微硬度值大于母材。当焊后冷却速度在10-30℃/s之间时,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区具有较高的冲击韧性水平,在室温和—10℃时的冲击韧性值皆高于母材。当焊后冷却速度在15℃/s-30℃/s之间时,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区的强度、韧性以及低温韧性匹配良好,组织以板条贝氏体为主。在20℃/s的焊后冷却速度下焊接粗晶区组织达到了最佳的强韧性匹配。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 管线钢的发展和应用
• 1.2.1 油气管道工程概况
• 1.2.2 管线钢的发展概况
• 1.2.3 抗大变形管线钢的发展动态
• 1.3 管线钢焊接性评定
• 1.4 本课题研究内容
• 第二章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 焊接热模拟试验
• 2.2.1 物理模拟在焊接领域的应用
• 2.2.2 物理模拟试验装置
• 2.3 试验内容
• 2.3.1 X80级抗大变形管线钢SH-CCT图测定
• 2.3.2 金相组织分析
• 2.3.3 显微硬度分析
• 2.3.4 冲击韧性分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 X80级抗大变形管线钢SH-CCT图
• 3.1 引言
• 3.2 SH-CCT图的测定方法
• 3.2.1 相变温度的测定方法
• 3.2.2 热膨胀法的试验原理
• 3.2.3 热膨胀法测相变
• 3.2.4 SH-CCT图的测定
• 3.2.5 ISO-Q技术
• 3.3 SH-CCT图的测定步骤
• 3.4 X80抗大变形管线钢的SH-CCT图
• 3.4.1 相变温度的确定方法
• 3.4.2 临界相变温度的确定
• 3.4.3 SH-CCT曲线的绘制
• 3.5 本章小结
• 第四章 X80级抗大变形管线钢焊接性分析
• 4.1 引言
• 4.2 不同焊后冷却速度的微观组织
• 4.3 不同焊后冷却速度的显微硬度
• 4.4 不同焊后冷却速度的冲击韧性
• 4.5 X80级抗大变形关系钢焊接性分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要