管线钢焊接局部脆化的研究6

管线钢焊接局部脆化的研究

目录背景试验程序焊接热模拟局部脆化现象及机理局部脆化区的断裂局部脆化的预防和控制结论1.背景◆卷板钢板数学冶金微合金化清洁试验室超纯净冶炼高强、高韧计算机过程控制控轧控冷e.g.400J/-10℃＝＞＝＞

◆HAZ

焊接热过程〔高温、快速、拘束、开放〕＝＞＝＞局部脆化e.g.48%-69%◆最弱链理论2.试验程序◆材料X52、X60、X65、X70、X80、X100◆方法热模拟

CVN、COD、三轴拉伸

TEM、SEM

定量分析3.焊接热模拟◆单道焊钢管单道焊HAZ示意图BASEPLATEWELDBEADPeaktemperaturereceived

1100-1500℃(CGHAZ)850-1100℃(FGHAZ)750-850℃(ICHAZ)500℃-750℃(SCHAZ)◆多道焊时间t/s温度θ/℃BasemetalFirstweldbeadSecondweldbeadAUCGHAZB.SCCGHAZCIRCGHAZDSCGHAZ4.局部脆化现象及机理◆CGHAZ局部脆化现象

●

X52X52管线钢CGHAZ的冲击韧性与焊接线能量的关系●X60X60级管线钢CGHAZ的冲击韧性与焊接线能量的关系●X70X70级管线钢CGHAZ的冲击韧性与焊接线能量的关系宝钢X70管线钢CGHAZ系列温度下冲击试验结果武钢X70管线钢CGHAZ系列温度下冲击试验结果●X80X80级管线钢CGHAZ的冲击韧性与焊接线能量的关系〕日本X80管线钢CGHAZ系列温度下冲击试验结果武钢X80管线钢CGHAZ系列温度下冲击试验结果◆CGHAZ局部脆化机理●粗晶脆化X52CGHAZ原奥氏体晶粒平均截距D与焊接线能量的关系=（43.16+10.66E）μm

G=3.276-0.117E●组织脆化E=5KJ/cmX52管线钢CGHAZ的光学金相E=8KJ/cmX52管线钢CGHAZ的光学金相E=11KJ/cmX52管线钢CGHAZ的光学金相E=16KJ/cmX52管线钢CGHAZ的光学金相E=20KJ/cmX52管线钢CGHAZ的光学金相E=30KJ/cmX52管线钢CGHAZ的光学金相E=40KJ/cmX52管线钢CGHAZ的光学金相X52管线钢显微组织含量〔%〕

M马氏体BL下贝氏体Bu上贝氏体Fc针状铁素体W魏氏组织F铁素体P珠光体E(KJ/cm)M(BL)BuFcWFP显微组织54030255M+Bu81010755Fc11108010Fc155701510Fc+F2055102510Fc+F30404515W+F+P408515F+P珠光体的TEM形态E=40KJ/cmX60CGHAZ的板条马氏体

E=5KJ/cm针状铁素体及其位错组态E=16KJ/cm宝钢X70母材的光学金相宝钢X70的CGHAZ金相(E=10KJ/cm）宝钢X70CGHAZ金相（E=20KJ/cm）宝钢X70CGHAZ金相（E=40KJ/cm）起于原奥氏体晶界的板条形态针状铁素体的板条形态马氏体的板条形态

20000多边形铁素体和少量珠光体的TEM形态

20000◆IRCGHAZ局部脆化●X52X52管线钢冲击韧性与二次峰值温度的关系●X60

X60冲击韧性和二次峰值温度的关系曲线(a)系列温度下的冲击韧性(b)系列温度下的断裂韧性CODX60系列温度下的韧性分布●X65X65冲击韧性和二次峰值温度的关系曲线●X70X70级管线钢二次热循环的韧性●X80X80级管线钢二次热循环的韧性(c)宝钢X70不同热循环状态下的CVN(d)武钢X80不同热循环状态下的CVN管线钢BM、CGHAZ和IRCGHAZ的韧性对比◆IRCGHAZ脆化机理●M-A组元脆化X65的光学金相组织（a）母材（b）CGHAZ（c）IRCGHAZ母材(a)

粗晶热影响区（CGHAZ）(b)临界粗晶热影响区（ICCGHAZ）宝钢X70光学金相组织(

400)母材(a)粗晶热影响区（CGHAZ）(b)临界粗晶热影响区（ICCGHAZ）图4-62.武钢X80光学金相组织(

400)(a)明场(b)暗场(c)衍射斑点(d)标定结果.M-A形态及其标定

M—A组元中的相变孪晶原奥氏体晶界的M—A组元相邻针状铁素体界面的M—A组元沿针状铁素体束界的M—A组元

含

量

（%）

平均弦长

（μm）

M—A组元的含量和尺寸(t8/5=40s)

CGHAZ

IRCGHAZ

CGHAZ

IRCGHAZ

X60

11.30

14.50

2.05

3.34

X65

16.13

19.14

3.21

4.23

M—A组元的显微硬度

CGHAZ

IRCGHAZ

X60

190

220

X65

210

245

不同二次热循环峰值温度下的晶粒尺寸●组织遗传脆化(c)t8/5=70sX65的不同t8/5时的IRCGHAZ组织(a)t8/5=10s(b)t8/5=40sX100的冲击韧性和二次峰值温度关系曲线◆SCGHAZ脆化现象(a)t8/5=10s(b)t8/5=40s(c)t8/5=70sX100粗晶区的光学金相组织（400×）◆SCGHAZ脆化机理粗晶区中板条马氏体的形貌粗晶区中板条马氏体的的位错形态CGHAZ的板条马氏体中的局部孪晶CGHAZ中的马氏体和针状铁素体(c)衍射斑点(d)标定结果CGHAZ中的残余奥氏体(a)明场(b)暗场(a)明场(b)暗场(c)衍射斑点(d)标定结果残余奥氏体的转变SCGHAZ中析出的碳化物5.局部脆化区的断裂◆塑性变形

〔a〕变形前〔b〕变形后〔ε=0.317〕IRCGHAZ中的M—A组元分布

◆裂纹萌生

●夹杂物形核

〔a〕拉伸试样〔b〕冲击试样夹杂物界面处形核●M-A界面形核裂纹在铁素体与M—A组元界面处的形核和扩展〔ε=0.273〕●M-A内形核

〔a〕ε=0.169〔b〕ε=0.273M—A组元的开裂裂纹在脆性质点处形核◆裂纹扩展〔a〕ε=0.273〔b〕ε=0.317扩展中的裂纹裂纹的扩展路径〔ε=0.512〕与主裂纹呈45°方向的二次裂纹

(a)针状铁素体(b)块状铁素体局部脆化区中裂纹与显微组织的关系τστστσσττσστσττσ(a)(b)(c)(d)局部脆化区断裂过程的描述6.局部脆化的预防和控制◆钢材选择

宝钢X70和日本X80在不同焊接热输入下的韧性分布宝钢X70日本X80

CGHAZ的光学金相（E=10KJ/cm）

宝钢X70日本X80

CGHAZ组织形态（E=40KJ/cm）BA◆焊接标准控制

焊接热输入对CGHAZ韧性的影响◆预备回火焊道控制●方法

预备回火焊道的热循环曲线

Tt(s)(℃)

(a)X60的韧性变化(b)X65的韧性变化试验钢经过回火焊道处理后的韧性变化●效果

●机理

试验钢经预备回火焊道处理后的奥氏体晶粒大小

〔a〕CGHAZ〔b〕未处理的IRCGHAZ

〔c〕经1000℃处理的IRCGHAZ不同状态下的M—A组元●方法◆补充回火焊道热处理补充回火焊道的热循环曲线t(s)

T（℃)●效果(a)X60的冲击韧性(b)X65的冲击韧性试验钢经补充回火处理后的冲击韧性●机理

(a)CGHAZ(b)未处理的IRCGHAZ

(c)处理后的IRCGHAZ试验钢X60中M—A组元的变化

试验钢X65中M-A组元的变化试验钢X65中IRCGHAZ经450℃处理后的组织结构X52CGHAZ焊后热处理后的韧性●效果◆焊后热处理

M-A组元的分解×30000●机理细小等轴晶的形成×190007.结论局部脆化的三种形式CGHAZ49%IRCGHAZ韧性损失69%SCGHAZ61%CGHAZ脆化机理粗晶

BU；网状F；PIRCGHAZ脆化机理

M-A

组织遗传SCGHAZ脆化机理

K析出

A分解脆化区裂纹形核方式夹杂物形核贝氏体铁素体板条与M-A组元界面处形核

M-A组元内部形核影响裂纹扩展的因素