X80管线钢焊接冷裂纹敏感性研究及预测

论文摘要

随着国民经济的发展和对石油,天然气资源需求的急剧增加,管线建设方兴未艾,对管线钢的需求也不断增加。在激烈的市场竞争下,世界上各油气公司普遍接受采用更高强度级别的管线钢,以便可以采用高压输送油气而降低成本。因此,近年来高压输送和厚壁、高强度的管线已经成为管线建设的一个新的发展趋势。X80管线钢作为新一代的高强管线钢,其开发和应用已经日益受到各国的重视。扩散氢是导致焊接冷裂纹的主要因素之一。本文使用快速熔敷金属扩散氢测量仪器,测定了不同焊接工艺参数组合下,焊态及焊后冷却到50℃熔敷金属中扩散氢的含量（HR,HR50）,找出焊接线能量、预热温度对扩散氢扩散行为的影响。建立了氢的热扩散系数M与焊接线能量、预热温度、焊缝的平均厚度以及焊态初始扩散氢含量之间的经验方程。本文采用正交回归实验设计考察焊接线能量、预热温度及扩散氢含量对X80管线钢焊接冷裂纹的定量影响规律。通过测定不同焊接工艺参数组合下粗晶区的的焊接热循环曲线,确定焊接热循环参数tH、t8/5、t100,并成功建立了这些焊接热循环参数与焊接线能量、预热温度间的回归方程。结果表明线能量、预热温度对焊接热循环参数tH、t8/5、t100的均有显著影响,其中焊接线能量是主要影响因素。预热温度对t100的影响大于对tH、t8/5的影响。通过对不同焊接工艺参数下焊接热影响区粗晶区的组织进行观察,研究了焊接工艺参数、焊接热循环参数对焊接热影响区粗晶区的组织形态和构成的影响。为了评价Nb-Mo系和Nb-Cr系两种X80管线钢焊接冷裂纹的敏感性,对不同焊接工艺参数组合下的焊接接头的焊接HAZ的最高硬度Hmax进行了测试,分析了焊接HAZ的Hmax与焊接线能量、预热温度的关系,并对比分析两种X80管线钢的冷裂纹倾向。最后,通过插销试验,确定在不同焊接工艺参数组合下的Nb-Mo系X80管线钢的下临界应力σcr,通过多元回归,并建立下临界应力σcr工程判据和理论判据,使用这些判据可以对Nb-Mo系X80管线钢的冷裂纹倾向进行预测。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 X80 管线钢的国内外研究与发展
• 1.1.1 X80 管线钢在国外的研究与发展
• 1.1.2 X80 管线钢在国内的研究与发展
• 1.2 X80 管线钢的基本组织特征、合金化、工艺控制
• 1.2.1 X80 管线钢的基本组织特征
• 1.2.2 X80 管线钢合金化设计
• 1.2.3 X80 管线钢的工艺控制
• 1.3 X80 管线钢的强韧化机理
• 1.4 X80 管线钢的标准介绍
• 1.5 材料的焊接性评定
• 1.6 本课题研究的内容
• 1.7 本课题的意义
• 第二章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法介绍
• 2.2.1 焊接热循环测定
• 2.2.2 焊接热影响区过热区组织观察及焊缝厚度的测量
• 2.2.3 熔敷金属扩散氢的测定
• 2.2.4 焊接热影响区最高硬度测定
• 2.2.5 插销试验
• 2.3 试验方案设计
• 2.3.1 试验设计方法的概述
• 2.3.2 本课题的试验方案
• 第三章 X80 管线钢熔敷金属中氢的行为
• R50'>3.1 X80 钢焊态残余扩散氢HR及冷却到50℃残余扩散氢H_R50
• 3.2 氢的热扩散因子
• 3.3 本章小结
• 第四章 X80 管线钢HAZ粗晶区焊接热循环及组织
• 4.1 焊接热循环
• 4.1.1 焊接热循环的测量
• 4.1.2 焊接工艺参数与焊接热循环参数的相关性
• 4.1.3 多元回归分析
• 4.1.4 试验因子间的交互作用对焊接热循环参数的影响
• 4.2 X80 管线钢焊接热影响区粗晶区的组织
• 4.2.1 X80 管线钢的CCT图
• 4.2.2 X80 管线钢焊接HAZ粗晶区的组织
• 4.2.3 X80 管线钢在不同热循环下粗晶区的组织形态
• 4.3 本章小结
• 第五章 X80 管线钢冷裂纹试验及冷裂纹预测
• 5.1 焊接冷裂纹
• 5.1.1 焊接冷裂纹的影响因素
• 5.1.2 焊接冷裂纹敏感性的评定方法
• 5.2 X80 管线钢焊接冷裂纹的热影响区最高硬度的试验
• 5.2.1 热影响区最高硬度测试结果
• 8/5、t_H的相关性分析'>5.2.2 热影响区最高硬度与焊接热循环参数t_8/5、t_H的相关性分析
• 5.2.3 焊接热影响区最高硬度与线能量、预热温度的相关性分析
• 5.2.4 本节小结
• 5.3 X80 管线钢焊接冷裂纹的插销试验
• 5.4 Nb-MoX80 管线钢插销试验下临界应力工程判据
• 5.4.1 Nb-MoX80 管线钢插销试验下临界应力极差分析
• 5.4.2 Nb-MoX80 管线钢插销试验下临界应力方差分析
• 5.4.3 Nb-MoX80 管线钢插销试验下临界应力工程判据数学模型建立
• cr的影响'>5.4.4 试验因子对Nb-MoX80 管线钢插销试验下临界应力σ_cr的影响
• 5.5 Nb-MoX80 管线钢插销试验下临界应力理论判据的建立
• cr的影响因素分析'>5.5.1 Nb-MoX80 管线钢的σ_cr的影响因素分析
• cr判据的建立'>5.5.2 Nb-MoX80 管线钢的σ_cr判据的建立
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢