本文關(guān)鍵詞：X90管線鋼焊接技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： X90管線鋼 焊接技術(shù) 組織成分 力學(xué)性能 腐蝕

【摘要】：X90管線鋼以其高的強(qiáng)韌性、低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度以及良好的耐腐蝕性能在油氣管道建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。管線鋼焊接是管道生產(chǎn)和現(xiàn)場鋪設(shè)的關(guān)鍵技術(shù),在焊接過程中,焊接熱循環(huán)對焊縫組織成分產(chǎn)生影響,引起焊縫性能變化,影響管道的使用壽命,研究X90管線鋼的焊接技術(shù)顯得尤為必要。本課題從研究X90管線鋼母材組織、力學(xué)性能、焊接性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度入手,進(jìn)而研究三種焊接工藝對焊縫組織成分分布、力學(xué)性能、耐腐蝕性能的影響,并進(jìn)行了深入的對比分析,提出了合理的焊接工藝使用意見。X90管線鋼屬于超細(xì)晶粒鋼,晶粒尺寸在25μm左右,組織由多邊形鐵素體、板條貝氏體、分布于鐵素體基體上的少量粒狀貝氏體以及M/A島組成。母材抗拉強(qiáng)度可達(dá)760MPa,屈服強(qiáng)度超過680MPa,常溫下沖擊吸收功為296J,且隨著溫度降低而減小,溫度降至-40℃時沖擊吸收功為210J,斷口呈微孔聚集型斷裂,有大量韌窩和少量NbC析出,力學(xué)性能超過API 5L對X90管線鋼的性能要求。X90管線鋼碳當(dāng)量為0.51,焊接性一般,焊前預(yù)熱130℃C,焊接接頭表面裂紋率和斷面裂紋率分別由無預(yù)熱的27.95%和58.28%降至0。系列沖擊試驗顯示X90管線鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度為-80℃～-90℃,沖擊吸收功隨溫度降低而減小,-40℃之前為韌性斷裂,-60℃開始出現(xiàn)脆性斷裂趨勢,-90℃沖擊吸收功突降62J,斷面脆性斷裂率超過50%,韌窩減少,并伴隨河流扇形花樣特征出現(xiàn)。三種焊接工藝焊接接頭熔合情況良好,無損檢測無缺陷出現(xiàn)。焊縫區(qū)晶粒較細(xì)小,SMAW焊縫組織主要由塊狀鐵素體、粒狀貝氏體組成；GMAW焊縫組織由板條貝氏體和分布于基體的M/A組成,板條束寬度在0.6μm左右,M/A尺寸細(xì)小,約0.1μm；SAW焊縫組織較大,主要組織為針狀鐵素體和少量粒狀貝氏體。CGHAZ晶粒粗化嚴(yán)重,主要由板條貝氏體、粒狀貝氏體和M/A組成,板條束寬度增加至1μm。細(xì)小M/A、分布于軟相鐵素體基體的粒狀貝氏體和板條貝氏體的共同作用,使得X90焊縫具有良好的強(qiáng)韌性。三種焊接工藝熔合區(qū)含碳量較高,元素Fe、Mn、Si含量與母材相近,Ni、Cr、Mo含量增加,SMAW熔合區(qū)出現(xiàn)A1的氧化物,并且含Nb量很少,合金元素分布不均,焊縫質(zhì)量低于GMAW和SAW。力學(xué)試驗表明,SAW.GMAW和SMAW焊接接頭抗拉強(qiáng)度依次為790MPa、771MPa和721MPa,塑性從25%逐漸降低至20%,屈強(qiáng)比約為0.9；SAW與GMAW試樣沖擊吸收功比SMAW高約40J,沖擊吸收功隨溫度降低而減小,-40℃時最低為141J,并且均為微孔聚集型韌性斷裂,斷面出現(xiàn)韌窩及金屬碳化物粒子；當(dāng)焊縫彎曲至120。時,SMAW接頭試樣出現(xiàn)裂紋,而GMAW和SAW試樣彎曲150。仍未出現(xiàn)缺陷；三種焊接接頭根焊層、填充層、蓋面層硬度分布趨勢一致,蓋面層硬度最高。焊縫區(qū)硬度稍低于母材,熔合線處出現(xiàn)谷值,過熔合線后近母材側(cè)硬度顯著增大,SAW此處硬度約為284HV,然后進(jìn)入軟化區(qū),硬度降低,隨后逐漸接近母材的255HV。力學(xué)性能試驗表明,同種情況下,SAW焊接質(zhì)量略高于GMAW, SMAW焊接質(zhì)量較差。焊接接頭在不同濃度或pH的HCl、NaOH、NaCl溶液中浸泡腐蝕試驗結(jié)果顯示,隨著溶液濃度的增加,三種焊接接頭的腐蝕速率逐漸加大,三種焊接工藝焊接接頭耐腐蝕性能依次為：GMAW≥ SAW SMAW。焊接接頭對堿性環(huán)境耐蝕性較好,而酸性、電解質(zhì)鹽類均對焊接接頭有明顯的腐蝕作用。在較低濃度或pH下腐蝕接近輕度級別,SMAW焊接接頭在pH=1的HC1溶液和5%的NaCl溶液中腐蝕達(dá)到重度級別。電化學(xué)腐蝕試驗表明,SMAW試樣自腐蝕電流最高,阻抗最低,三種焊接接頭腐蝕均為重度級別,因此在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中建議采取保護(hù)措施。
【關(guān)鍵詞】：X90管線鋼 焊接技術(shù) 組織成分 力學(xué)性能 腐蝕
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG457.11
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 選題背景、目的及意義9-10
• 1.2 管線鋼的發(fā)展歷程10-13
• 1.2.1 管線鋼的發(fā)展10-12
• 1.2.2 管線鋼的組織演變12-13
• 1.3 管線鋼國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-19
• 1.3.1 管線鋼的制造技術(shù)現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 管線鋼焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.3 管線鋼的腐蝕研究概述16-18
• 1.3.4 X90管線鋼研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本課題研究內(nèi)容19-20
• 第2章 試驗材料及方法20-29
• 2.1 試驗材料20-21
• 2.2 試驗方法21-29
• 2.2.1 抗裂性能研究21-22
• 2.2.2 組織形貌觀察及成分分析22-23
• 2.2.3 力學(xué)性能試驗23-25
• 2.2.4 焊接接頭耐腐蝕性能試驗25-29
• 第3章 X90管線鋼焊接性研究及焊接工藝制定29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 X90管線鋼組織和力學(xué)性能研究29-34
• 3.2.1 管線鋼母材顯微組織29-31
• 3.2.2 管線鋼母材力學(xué)性能31-32
• 3.2.3 沖擊試樣斷口形貌觀察32-34
• 3.3 X90管線鋼焊接性評價34-37
• 3.3.1 X90管線鋼碳當(dāng)量計算34-35
• 3.3.2 X90管線鋼冷裂敏感指數(shù)及預(yù)熱溫度的計算35-36
• 3.3.3 斜Y型坡口焊接裂紋試驗36-37
• 3.4 X90管線鋼脆韌轉(zhuǎn)變溫度的測定37-40
• 3.4.1 試驗方法37-38
• 3.4.2 試驗結(jié)果分析38-40
• 3.5 X90管線鋼焊接工藝制定40-45
• 3.5.1 焊接方法40-41
• 3.5.2 焊接接頭坡口設(shè)計41
• 3.5.3 焊前預(yù)熱及層間溫度控制41-42
• 3.5.4 焊接材料的選擇42-44
• 3.5.5 焊接工藝參數(shù)的制定44-45
• 3.6 小結(jié)45-46
• 第4章 焊接工藝對焊接接頭組織成分的影響46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 焊接接頭無損檢測46-47
• 4.3 焊接工藝對焊接接頭金相組織的影響47-51
• 4.3.1 焊縫區(qū)顯微組織49-50
• 4.3.2 HAZ粗晶區(qū)顯微組織50-51
• 4.4 焊接工藝對接頭熔合微區(qū)成分的影響51-54
• 4.5 小結(jié)54-56
• 第5章 焊接工藝對焊接接頭力學(xué)性能的影響56-69
• 5.1 引言56-57
• 5.2 焊接工藝對拉伸性能的影響57-60
• 5.3 焊接工藝對沖擊性能的影響60-65
• 5.4 焊接工藝對彎曲性能的影響65-66
• 5.5 焊接工藝對顯微硬度的影響66-68
• 5.6 小結(jié)68-69
• 第6章 焊接工藝對焊接接頭耐腐蝕性能的影響69-79
• 6.1 引言69
• 6.2 X90管線鋼焊接接頭浸泡腐蝕試驗69-74
• 6.2.1 焊接接頭在不同濃度HCl中的浸泡腐蝕試驗70-71
• 6.2.2 焊接接頭在不同濃度NaOH中的浸泡腐蝕試驗71-73
• 6.2.3 焊接接頭在不同濃度NaCl中的浸泡腐蝕試驗73-74
• 6.3 X90管線鋼焊接接頭電化學(xué)腐蝕試驗74-78
• 6.3.1 焊接接頭電化學(xué)極化試驗75-76
• 6.3.2 焊接接頭交流阻抗試驗76-78
• 6.4 小結(jié)78-79
• 第7章 結(jié)論79-81
• 7.1 結(jié)論79-80
• 7.2 下一步工作80-81
• 致謝81-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文87

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