低匹配條件下X80管線鋼焊接接頭的變形能力研究

采用管道輸送石油或天然氣是最經(jīng)濟(jì)、最安全的運(yùn)輸方式。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,天然氣工業(yè)越來(lái)越受到重視。我國(guó)在西氣東輸國(guó)家重點(diǎn)工程建設(shè)中,對(duì)x70、x80管線鋼進(jìn)行了成功的研制、開(kāi)發(fā)。在西氣東輸二線工程中,將大規(guī)模的采用x80鋼進(jìn)行管線鋪設(shè)。介紹了西氣東輸二線工程的幾個(gè)突出特點(diǎn)。論述了高強(qiáng)度管線鋼的發(fā)展歷程。并且對(duì)于管線鋼的三個(gè)類型進(jìn)行了分析。重點(diǎn)論述了x80鋼的焊接性,分析了焊接裂紋、haz的軟化、焊縫與管材的強(qiáng)韌匹配等。并且對(duì)于x80鋼的試驗(yàn)、研究、以及焊接等應(yīng)用情況做了介紹。

對(duì)低溫環(huán)境下nb-crx80管線鋼管及其焊接接頭的斷裂韌性進(jìn)行了深入研究。研究發(fā)現(xiàn),nb-crx80管線鋼母材的抗開(kāi)裂性能要優(yōu)于熱影響區(qū),縱焊縫介于二者之間。對(duì)于kobelb52uφ3.2mm低氫焊條上向根焊+hobartx80φ2.0mm自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)下向填充蓋面焊環(huán)焊接頭,焊縫nq方向的抗開(kāi)裂能力優(yōu)于np方向,但熱影響區(qū)的性能卻是np方向優(yōu)于nq方向;而對(duì)于kobelb52uφ3.2mm低氫焊條上向根焊+金橋jc-30φ2.0mm自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)下向填充蓋面焊環(huán)焊接頭,焊縫及haz試樣,nq方向ctod平均值要高于np方向,說(shuō)明nq方向抗開(kāi)裂能力更好。

采用表面機(jī)械研磨處理(smat)技術(shù)對(duì)x80管線鋼焊接接頭進(jìn)行了表面自身納米化處理。分析了smat前后x80管線鋼焊接接頭的疲勞及電化學(xué)腐蝕特性。結(jié)果表明,對(duì)x80管線鋼焊接接頭進(jìn)行90min的smat后,可以在x80管線鋼焊接接頭表層一定深度范圍以內(nèi)獲得納米晶組織,納米晶尺寸分布為5～15nm;在近似服役條件下的全應(yīng)力范圍內(nèi),smat可以顯著延長(zhǎng)x80管線鋼焊接接頭的疲勞壽命,其疲勞極限可提高13%;smat可提高x80管線鋼焊接接頭的電化學(xué)腐蝕性能,使其電化學(xué)腐蝕傾向和自腐蝕電流密度均有所降低。

采用裂紋尖端張開(kāi)位移(ctod)測(cè)試技術(shù)和金相顯微組織分析,設(shè)計(jì)2種三點(diǎn)彎曲試樣,測(cè)試了x70管線鋼埋弧焊焊接接頭低溫-10℃的斷裂韌性,比較接頭焊縫、熱影響不同區(qū)域金屬斷裂韌性,分析組織結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示,焊縫中心金屬性能均勻,裂紋尖端張開(kāi)位移平均值為0.346mm,斷裂韌性小于熱影響區(qū)穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展的ctod值。熱影響區(qū)組織不均勻,包括穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展和中途失穩(wěn)斷裂,出現(xiàn)不同特征的ctod值。熱影響細(xì)晶區(qū)組織為細(xì)小的多邊形鐵素體和珠光體,在-10℃環(huán)境下仍有良好的低溫韌性。熱影響粗晶區(qū)組織主要是板條狀貝氏體和粒狀貝氏體,而且晶粒尺寸粗大,該區(qū)域在-10℃時(shí)容易失穩(wěn)斷裂,呈現(xiàn)低溫脆性。

采用表面機(jī)械研磨處理(smat)技術(shù)對(duì)x80管線鋼焊接接頭進(jìn)行了30,60及90min表面納米化處理,分別采用光學(xué)顯微鏡、x射線衍射儀、表面粗糙度儀及顯微硬度計(jì)等研究了smat不同時(shí)間后x80管線鋼焊接接頭的顯微組織、晶粒尺寸、表面粗糙度及顯微硬度的變化。結(jié)果表明:smat不同時(shí)間后均可在x80管線鋼焊接接頭表面獲得一定厚度的塑性變形層,且隨著smat時(shí)間的延長(zhǎng),塑性變形層厚度逐漸增加,實(shí)現(xiàn)了焊接接頭的表面納米化(組織均勻化);smat可以顯著提高焊接接頭表面的顯微硬度,使顯微硬度沿深度呈梯度分布;smat還可改善焊接接頭表面粗糙度,隨smat時(shí)間的延長(zhǎng)表面粗糙度逐漸減小。

在力學(xué)性能測(cè)試的基礎(chǔ)上,應(yīng)用英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)bs7910—2005標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩種不同焊接工藝下的nb-crx80管線鋼焊接接頭含裂紋型缺陷的失效評(píng)定進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,同一焊縫二級(jí)評(píng)定中,由于2b級(jí)評(píng)定相對(duì)于2a級(jí)采用了真應(yīng)力-真應(yīng)變數(shù)據(jù),因而更能反映所評(píng)定材料的抗斷裂性能。對(duì)于相同尺寸的表面裂紋和埋藏裂紋,表面裂紋的危險(xiǎn)性要大于埋藏裂紋;對(duì)于埋藏裂紋,其在焊接接頭中的位置影響評(píng)定結(jié)果,距離表面越近,其危險(xiǎn)性越大。當(dāng)環(huán)焊縫接頭存在尺寸為3.2mm×1mm的裂紋時(shí),各評(píng)定點(diǎn)均在評(píng)定曲線可接受范圍內(nèi),表明焊接接頭的結(jié)構(gòu)是安全的。

通過(guò)拉伸試驗(yàn)分析了x80管線鋼母材及其焊接接頭拉伸性能,采用掃描電鏡及其能譜分析儀觀察了上述材料的斷口形貌與化學(xué)成分,并對(duì)其斷裂行為進(jìn)行了研究.結(jié)果表明:母材延伸率和斷面收縮率大于焊接接頭,母材為韌性斷口,而焊接接頭為出現(xiàn)分層現(xiàn)象的韌斷+脆斷斷口;母材纖維區(qū)面積及韌窩尺寸均大于焊接接頭,母材放射區(qū)形貌為韌窩結(jié)構(gòu),而焊接接頭為解理形貌,母材與焊接接頭的剪切唇區(qū)均為解理形貌;焊接接頭中夾雜物以硫化物和氧化物為主,是焊接接頭力學(xué)性能降低的重要因素.

對(duì)國(guó)產(chǎn)x80管線鋼進(jìn)行了手工焊焊接性能實(shí)驗(yàn),并對(duì)其焊接接頭的強(qiáng)度、低溫韌性和冷彎性能進(jìn)行了檢驗(yàn),結(jié)果表明,該管線鋼焊接性能良好。

焊接熱循環(huán)參數(shù)t8/5和t8/3是影響焊接質(zhì)量的主要參數(shù).應(yīng)用自行設(shè)計(jì)建造的平板腔室裝置研究了在役焊接條件下的焊接熱循環(huán).結(jié)果表明:冷卻速度越大,t8/5,t8/3和內(nèi)表面峰值溫度tmax就越小;其中在水速為2.75m/s時(shí)最小,空氣中冷卻最大.焊接線能量增大,t8/5和t8/3也明顯增大,這對(duì)防止氫致裂紋有利.在板厚分別為6,8,10,12mm時(shí),板厚對(duì)焊接參數(shù)t8/5和t8/3影響不大;在板厚為4mm時(shí),t8/5和t8/3最小,內(nèi)表面溫度tmax最高,達(dá)635℃.

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通過(guò)對(duì)x80級(jí)管線鋼管材及焊材化學(xué)成分、力學(xué)性能的闡述,進(jìn)一步剖析焊條電弧焊從根焊、熱焊、填充焊到蓋面焊的焊接工藝參數(shù),為今后國(guó)內(nèi)大口徑x80級(jí)管線鋼焊條電弧焊焊接施工提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)。

以目前在我國(guó)管道建設(shè)中使用的最高鋼級(jí)x80管線鋼為研究對(duì)象,采用焊接工藝試驗(yàn)、力學(xué)性能測(cè)試及顯微分析技術(shù)研究了co2氣體保護(hù)焊工藝下x80管線鋼焊接接頭的性能和熱影響區(qū)的組織變化規(guī)律。結(jié)果表明:采用設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)對(duì)x80管線鋼進(jìn)行焊接,x80管線鋼母材及其焊接接頭的顯微組織均為針狀鐵素體和晶內(nèi)針狀鐵素體,可以得到合格的焊接接頭,能夠滿足管道建設(shè)工程的需要。

學(xué)號(hào)1010131057_ 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 課題x80管線鋼的焊接工藝研究 學(xué)生姓名吳銀義 院別機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)10金屬材料工程（1）班 指導(dǎo)教師楊付雙 二〇一四年六月 目錄 插圖清單 表格清單 摘要 abstract 第1章國(guó)內(nèi)外油氣管道的發(fā)展展望....................................................................................-1- 1.1國(guó)內(nèi)外油氣管道的發(fā)展......................................................................................................-1- 1.2國(guó)外油氣管道的焊接技術(shù)狀況.................

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通過(guò)對(duì)進(jìn)口鉆井隔水管x80鋼管進(jìn)行理化性能分析,了解了國(guó)外鉆井隔水管材料的性能水平,為隔水管國(guó)產(chǎn)化工作的開(kāi)展提供了一些參考數(shù)據(jù);通過(guò)對(duì)x80管線鋼焊接接頭的ctod試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)焊接接頭的斷裂韌性在熱影響區(qū)相對(duì)較弱;通過(guò)對(duì)比分析焊接接頭的夏比沖擊功和ctod試驗(yàn)結(jié)果,表明ctod試驗(yàn)對(duì)材料的斷裂韌性評(píng)價(jià)是可靠的。

介紹了stt氣保護(hù)半自動(dòng)根焊、自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊填充蓋面工藝的特點(diǎn),以及對(duì)x80管線鋼焊接適應(yīng)性的研究。在選定焊接方法、焊接材料和工藝參數(shù)條件后,進(jìn)行了x80管線鋼試件焊接和接頭性能試驗(yàn)。結(jié)果表明,所選的焊接方法、焊接材料和工藝參數(shù)可用于這種材料管道的現(xiàn)場(chǎng)焊接。

x80管線鋼的研究現(xiàn)狀 摘要：采用高強(qiáng)度管線鋼，長(zhǎng)距離高壓大輸量輸送富氣，可以節(jié)約鋼材，大幅度減少管線 工程的投入，增加管線的運(yùn)行效益，提前回收投資。為了確保輸送管線建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行 的安全性和可靠性，x8高性能管線鋼在管線建設(shè)上的應(yīng)用將越來(lái)越普遍。本文介紹近年來(lái) 出現(xiàn)的x80管線鋼的研究與應(yīng)用，包括該鋼種的化學(xué)成分、組織特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝、焊接中出 現(xiàn)的問(wèn)題等內(nèi)容。 關(guān)鍵字：x80管線鋼控軋控冷工藝焊接應(yīng)用 目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)石油天然氣的需求日益旺盛。大直徑管道作為石油天然氣安 全經(jīng)濟(jì)有效的輸送途徑之一，隨著西氣東送等大建設(shè)項(xiàng)目相繼投入，國(guó)家已將其放在了優(yōu)先 發(fā)展的位置。為了降低管線建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，提高管線安全性和可靠性，高壓大口徑管線用 鋼不僅要具有更高強(qiáng)度還要具有更高韌性 [1,2] ，所以建設(shè)高壓長(zhǎng)距離輸送管線是解決長(zhǎng)時(shí)期、 大

X80管線鋼組織性能研究

結(jié)合x(chóng)60管線鋼在-20℃低溫條件下的焊接施工實(shí)際情況進(jìn)行了試驗(yàn)、測(cè)定及分析,研究了711mm×15.9mm管道環(huán)焊接頭的力學(xué)性能、接頭的金相組織、硬度、沖擊吸收功以及沖擊斷口形貌等.結(jié)果表明,在-20℃低溫條件下,焊接完成的x60管線鋼環(huán)焊接頭力學(xué)性能測(cè)試;其haz的最大硬度值為210hv10,符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).該工藝方案經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)北部地區(qū)長(zhǎng)輸管道的工程使用,質(zhì)量合格;經(jīng)過(guò)金相顯微組織分析,在x60鋼-20℃條件下焊接的接頭中,未發(fā)現(xiàn)淬硬組織;對(duì)沖擊試件斷口形貌的掃描電鏡分析表明,該環(huán)焊接頭的韌性滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求.

在西氣東輸二線工程中首次使用x80高強(qiáng)管線鋼,本文對(duì)x80高強(qiáng)管線鋼的性能和焊接方法、焊接質(zhì)量控制進(jìn)行介紹。

利用機(jī)械噴丸技術(shù)對(duì)x70管線鋼焊接接頭進(jìn)行了表面強(qiáng)化處理,對(duì)x70管線鋼基材、原始狀態(tài)焊接接頭和噴丸處理后焊接接頭試樣的拉伸力學(xué)性能進(jìn)行了分析,用掃描電鏡觀察了其斷口形貌,對(duì)其斷裂機(jī)理進(jìn)行了探討。試驗(yàn)結(jié)果表明,x70管線鋼基材具有連續(xù)屈服特征,無(wú)明顯的屈服平臺(tái),延伸率達(dá)到38%,拉伸斷口出現(xiàn)明顯的分層開(kāi)裂現(xiàn)象;x70管線鋼經(jīng)過(guò)焊接后,原始狀態(tài)焊接接頭屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后收縮率明顯小于基材;經(jīng)噴丸處理后,x70管線鋼焊接接頭抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率有了明顯的提高。噴丸處理使得焊接接頭表面發(fā)生塑性變形,表面裂紋和孔洞減少,是提高x70管線鋼焊接接頭的抗拉強(qiáng)度的主要因素。

X80管線鋼冶煉工藝的開(kāi)發(fā)