微合金化高强钢水下焊接粗晶区韧性.pdf

焊 接 学 报 1 9 9 9 年 1 2 月 December 　1 9 9 　9 HANJ IE XUEBAO 微合金化高强钢水下焊接粗晶区的韧性 石永华 　王国荣 　　　　　李根全 　金时麟 (广州 　华南理工大学) (宝鸡石油钢管厂) ( ) 摘 　要 　对 X60 、X65 和 X70 三种微合金化高强钢 石油 、天然气输送管线用钢 水下不同条件焊接和空 ( ) 气中焊接粗晶区 CGHAZ 的组织 、晶粒大小 、硬度及韧性进行了研究 。讨论了钢中沉淀物在焊接热循环 中的行为及焊接线能量等因素对粗晶区韧性的影响 。研究表明 ,微合金钢中 Ti - V - Nb 沉淀物在焊接 热循环中的溶解将导致晶粒长大和韧性的降低 ,Ti 微合金元素含量较高的 X60 和 X70 钢的粗晶区韧性 比低 Ti 的 X65 钢好 。在本试验范围内,X60 和 X70 钢水下焊接粗晶区的韧性低于空气中焊接 ,水下局部 干法焊接粗晶区韧性比湿法焊接高 。水下焊接由于水对焊接接头的冷却作用 ,导致粗晶区出现大量的 板条马氏体 。湿法焊接加大线能量或采取保温措施可改善韧性 ,水深增加 ,粗晶区韧性降低 。 ( ) 关键词 : 　微合金化 　粗晶热影响区 CGHAZ 　水下焊接 　韧性 0 　序 　　言 80 年代以来 ,石油天然气长输管线的设计工作压力不断提高 ,管径增大 ,从经济性 、安全性和 可靠性的角度出发 ,韧性已成为和强度同等重要的一个指标 。焊接钢管的性能主要决定于焊接接 ( ) 头 ,而粗晶热影响区 CGHAZ 是整个接头的薄弱环节 。一般认为 ,粗晶区韧性恶化主要是由于晶 粒粗大和组织结构变化双重因素共同作用的结果 。 现代管线用钢采用 Ti - V - Nb 微合金化配以控轧控冷工艺生产 ,在钢中形成细小弥散分布的 沉淀物 ,产生沉淀强化 。更重要的是 ,弥散分布的细小沉淀物颗粒的存在 ,对晶界迁移有明显的阻 碍作用 ,从而细化了晶粒 ,不仅提高了钢材的强度 ,还显著改善了韧性 。经历焊接热循环后 ,粗晶 区沉淀物可能发生溶解 、聚集长大及再沉淀 ,无疑会影响沉淀物对晶界的钉扎作用 ,可能导致晶粒 的异常长大 ,造成粗晶区韧性的恶化 。因而 ,焊接热循环时粗晶区沉淀物的行为及其对韧性的影 响引起了人们的关注 , 已有一些这方面的文章发表[1～3 ] 。水下焊接同空气中焊接相比,峰值温度 较低 ,冷却速度更快 ,粗晶区沉淀物的行为必定有其特殊性 ,从而影响到粗晶区的韧性 。在水下焊 接的情况下 ,有关微合金钢粗晶区沉淀物和韧性研究方面的文章 目前尚未见发表 。本文结合三种 管线钢 X60 、X65 和 X70 水下焊接粗晶区的沉淀物在焊接热循环中的行为 ,对粗晶区冲击韧性进行 了研究 ,并同空气中焊接进行了对比。 1 　材料和试验过程 本试验采用日本住友公司生产的 X60 钢板 、美国NUCOR 钢厂的 X65 钢板以及德国蒂森钢铁 公司的 X70 钢板进行试验 。这三种钢都是用于制造石油天然气输送管道的管线专用钢 。X60 、 X65 、X70 板厚分别为 7mm 、8. 7mm 、12. 7mm ,它们的化学成分列于表 1 。 广东省自然科学基金资助项 目,编号 940032 。 微合金化高强钢水下焊接粗晶区的韧性 　　　37