Cr-Nb系X80管线钢焊接热影响区组织和性能的热模拟

论文摘要

高温轧制（HTP）工艺下的Cr-Nb系X80管线钢现已在我国各大钢厂生产,该钢不用添加价格昂贵的Mo合金,比起控扎控冷（TMCP）工艺下的含Mo高强度管线钢成本更低,市场前景广阔。本课题通过热模拟试验,采用热膨胀法和金相法测定了Cr-Nb系X80钢连续冷却曲线（SH-CCT图）,制作了连续冷却组织转变规律图,为制定该钢的轧制工艺和焊接工艺提供了强有力的技术支持。通过Sysweld有限元软件,模拟出焊接HAZ的特征热循环曲线,分析出热循环曲线与焊接工艺之间的规律,建立了热循环曲线的一次正交线性回归方程。可以在给定焊接工艺参数的情况下,预测焊接HAZ的热循环曲线,进而通过SH-CCT图和连续冷却组织转变图,预测HAZ的组织和硬度。采用热模拟试验,模拟出焊接HAZ特征区域的组织,观察模拟出的HAZ金相显微组织、测量原奥氏体晶粒尺寸、测定组织硬度和低温冲击功。分析出焊接HAZ组织和性能与焊接工艺之间的关系,建立了HAZ组织和性能的一次正交线性回归方程,可以再给定焊接工艺的情况下对焊接HAZ的组织和性能进行预测。研究发现,线能量对HAZ组织和性能影响显著性很高。随着线能量的增加,二次热循环临界过热区（IRCGHAZ）和二次热循环亚临界过热区（SCGHAZ）含有较多的碳化物呈条状的上贝氏体和碳化物颗粒分布不均匀的粒状贝氏体组织,低温韧性较差。线能量达到25KJ/cm时,IRCGHAZ和SCGHAZ的冲击功低于30J,线能量在615.5KJ/cm之间时冲击功大于300J。其他焊接HAZ区域在625KJ/cm的线能量范围内冲击功均大于200J。因此,选用合适线能量的焊接工艺,可以保证焊接HAZ的低温韧性达到使用要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 管线钢的发展和应用现状
• 1.2 管线钢的性能要求及成分、组织特点
• 1.2.1 高强度
• 1.2.2 高韧性
• 1.2.3 良好的焊接性和抗氢致裂纹能力（HIC）
• 1.3 TMCP 与HTP 工艺下的X80 管线钢
• 1.4 本课题的研究内容和意义
• 第二章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 SH-CCT 图的测定
• 2.2.2 焊接工艺的制定
• 2.2.3 焊接温度场有限元模拟
• 2.2.4 焊接HAZ 的热模拟试验
• 2.2.5 组织和性能分析方法
• 2.3 小结
• 第三章SH-CCT 图的测定及其组织转变规律
• 3.1 引言
• 3.2 AC1 和AC3 温度的测定
• 3.3 不同冷速下相变温度的测定
• 3.3.1 珠光体产生区域的组织转变规律
• 3.3.2 贝氏体产生区域的组织转变规律
• 3.3.3 马氏体产生区域的组织转变规律
• 3.4 SH-CCT 图和连续冷却组织转变规律图的绘制
• 3.4.1 不同冷却速度下组织硬度分析
• 3.4.2 SH-CCT 图的绘制
• 3.4.3 连续冷却组织转变规律图
• 3.5 小结
• 第四章 焊接HAZ 热循环曲线的有限元模拟
• 4.1 引言
• 4.2 焊接HAZ 待研究区域的选取
• 4.3 焊接温度场的有限元模拟和HAZ 热循环曲线的提取
• 4.4 热循环曲线与焊接工艺间的规律关系
• 4.5 焊接HAZ 热循环曲线的预测
• 4.6 小结
• 第五章 焊接HAZ 组织、性能与焊接工艺之间的规律
• 5.1 引言
• 5.2 CGHAZ 组织、性能与焊接工艺间规律
• 5.2.1 原奥氏体晶粒尺寸分析
• 5.2.2 组织和硬度分析
• 5.2.3 低温韧性分析
• 5.2.4 一次正交回归方程的建立
• 5.3 ICHAZ 组织、性能与焊接工艺间规律.
• 5.4 SRCGHAZ 组织、性能与焊接工艺间规律
• 5.5 IRCGHAZ 组织、性能与焊接工艺间规律
• 5.6 SCGHAZ 组织、性能与焊接工艺间规律
• 5.7 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢