不同级别组织对焊接接头组织和性能的影响

不同级别组织对焊接接头组织和性能的影响

0管线钢组织型二通插装阀hsx5管道钢广泛应用于石油、化工、能源、市政和其他经济重要部门。它负责运输石油、天然气、燃料和其他易燃介质，通常在低温和其他恶劣环境下服务。在已过去的半个多世纪里,由于管线钢中的大量带状组织导致了很多事故发生。尤其在西部油气井中大多含有H2S,会使输送管、套管在使用过程中发生开裂(HIC),致使管材早期发生失效等。因此,研究带状组织的形成、对管材的影响以及怎样减少管材中的带状组织等就成为石油、天然气输送技术中亟待解决的问题之一。1手段工艺的共同作用带状组织是指奥氏体冷却时不同的转变产物呈带状分布的特征。带状组织的评定是以M/A、珠光体组织条带、贝氏体带的条数,同时根据其在视域内的贯穿程度、连续性以及夹杂物的相关性等为标准,通常将带状组织分为2.0、2.5、3.0、3.5级等。带状组织的形成原因很多。对于管线钢这类低碳钢,带状组织产生的根本原因在于成分偏析。连铸坯在凝固过程中,碳和其他元素一起发生偏析而富集在枝晶间,在热轧再加热时碳元素能相对均匀化,而其他元素却很难均匀化,由此容易造成钢中各区域化学成分的不均匀,经轧制后变为条带偏析。有些资料表明,在偏析严重的情况下,条带上的合金含量可比基体的高出1~2倍。2试验材料及方法试验采用某企业生产的X65低合金管线钢,两种试验钢均采用如下工艺:混铁炉→转炉→吹氩站→精炼炉→连铸机→堆垛缓冷→加热→粗轧→1250mm精轧机组→层流冷却→卷曲→堆垛缓冷→取样→称重→堆垛缓冷→取样→打包、喷印→入库。不同之处在于试验钢1(6mm厚)采用了电磁搅拌技术,而试验钢2(6mm厚)没有采用电磁搅拌技术,具体的化学成分如表1所示。采用GB/T228.1-2010垂直于轧制方向的母材及焊接区域截取拉伸试样。在母材、焊缝和热影响区处分别制取横向冲击试样,缺口类型为V型缺口;依照美国ASTME23-2007标准进行检测。钢板焊缝和热影响区的韧脆转变温度试验过程和结果分析,自低温(-196℃)到高温(+100℃)进行系列温度下的冲击试验。在钢板母材横截面制取晶粒度检验试样,在钢板纵向截面制取夹杂物检验试样,参照GB/T13298,ASTME45,ASTME112标准进行检测。采用HVA-10A型维氏硬度计测量X65钢焊接的接头焊缝、熔合线、热影响区和母材4个区域的维氏硬度,载荷为10kg。3材料的碳偏析试验带状组织是由于终轧温度过低在固液两相区轧制而形成的,两相区轧制的组织中一般铁素体呈拉长状态,清晰地显示了轧制方向(图1)。两相区轧制的钢板往往由于变形形成纤维组织,导致位错密度大幅度增加而提高了屈服强度,从而使屈强比升高。当终轧温度处于两相区时,一部分先共析铁素体已经形成,残余的富碳奥氏体转变为贝氏体或马氏体;这些贝氏体或马氏体也随着轧制方向呈带状分布,而这些贝氏体或马氏体带中存在一定的碳偏析,且具有很高的硬度,并与拉长位错堆积的变形铁素体共同作用使材料的屈服强度大幅上升。表2为X65钢母材试样的非金属夹杂物级别要求。对比试验钢的低倍酸洗照片(图2)可以发现,试验钢1的铸坯组织中存在着少量的缩孔,缩孔直径较小,未存在明显的偏析带。而试验钢2的铸坯组织中存在着较大的缩松,表现为直径较大的缩孔由细裂纹连接成了整条的缩松带,在缩松带两边各自排列着两条平行的偏析带。为保证X65管线钢中低的含碳量,通常要提高锰含量来保证达到其强度,并且锰元素还可以推迟铁素体→珠光体的转变,并降低贝氏体的转变温度,有利于形成细晶粒组织。试验钢2的锰含量比试验钢1高,达到了1.547%。王立涛等人指出如果锰含量过高对管线钢的焊接性能造成不利影响,有可能导致在管线钢铸坯内发生锰的偏析,且随着碳含量的增加,这种缺陷会更显著。所以试验钢2中出现了大量的偏析,从而出现了大量的带状组织(见图3)。对比试验钢的焊缝组织,均为贝氏体并伴有少量的魏氏体、珠光体、晶内成核铁素体和多边形铁素体组织。试验钢2的焊缝组织比试验钢1的更细小,这可能是锰含量高造成的结果。4力学分析4.1试验钢2的焊缝的强度对比表3和表4看出,两种试样母材的力学性能相近,而试验钢2的塑性更好,延伸率在33%以上。由于带状组织的存在,导致了试验钢2的焊缝的屈服强度明显下降。接近于国标14164-2005规定的下限值,说明带状组织对强度影响较大。4.2韧脆转变温度从图4中的韧脆转变温度曲线可以看出,带状组织对X65管线钢焊缝处的韧性影响较大。试验钢2焊缝处的韧脆转变温度只有-37.2℃,而试验钢1韧脆转变温度可以达到-51.6℃。带状组织区域的珠光体硬相组织极易成为裂纹源,伴随温度的降低便迅速发生了断裂现象。由于热影响区的组织经过了高温转变的过程,带状组织明显减少,所以韧脆转变温度下降不是十分明显。4.3手段对材料硬度的影响采用如图5所示的位置进行硬度测量,测量结果如表5所示。从表5中可以看出,带状组织对X65钢焊接钢板的硬度影响不大,而伴随锰含量的增加试验钢的硬度逐渐增大,此批X65管线钢的整体硬度分布均匀。5手段:带组织的出现(1)锰含量可以提高X65管线钢的强度,但同时也容易引起管线钢铸坯的偏析,从而出现带状组织。(2)