X70管线钢焊接接头热裂纹与冷弯性能研究

摘要

高压、大管径、高强度管线钢是石油、天然气输送管道发展的必然趋势。X70管线钢是控轧控冷的低碳微合金钢，具有高强高韧性。焊前组织为细小针状铁素体，经过埋弧焊热循环的作用，焊缝组织为先共析铁素体和针状铁素体，热影响区粗晶区(CGHAZ)组织为粗大粒状贝氏体。焊后材料性能发生恶化，焊缝中有时会出现热裂纹，冷弯试验中会出现冷弯裂纹。 本课题即以X70 管线钢为对象，研究焊缝裂纹和焊后冷弯裂纹形成机理，并提出改进措施。通过对焊缝裂纹样品的金相和成分分析，表明裂纹均为结晶裂纹。具体原因是母材中硫磷等元素的偏析、焊缝成形系数小于1和线能量太大。通过对冷弯裂纹样品的金相和断口扫描分析，得出裂纹起裂于CGHAZ，止裂于正火区。为了研究冷弯裂纹与CGHAZ组织和性能的关联性，利用Gleeble-2000 热模拟试验机，进行了不同t8/5 下CGHAZ 热模拟试验。通过实际CGHAZ组织与螺旋焊管t8/5＝40s时模拟试样组织比较，组织特征一致，表明热模拟试验能够反映实际的粗晶区组织与性能。模拟试样金相分析得出γ晶粒粗大，显微组织为粗大的粒状贝氏体。利用lepera 试剂腐蚀显示M-A组元，分析其形貌、大小和分布对CGHAZ 韧性的影响。随t8/5 延长，γ 晶界M-A组元增多变粗，铁素体条束间M-A组元由条状转变为块状，平均弦长变大，所占体积分数增加，且其平均弦长超过Griffith 裂纹临界尺寸，作为脆性裂纹源，降低了CGHAZ 韧性。热模拟试样硬度、拉伸和低温-20℃冲击试验结果表明，随t8/5 延长，CGHAZ的硬度逐渐减小，σb、σs 均降低，延伸率相差不大，冲击韧性降低。 此外，模拟试样预应变冲击试验表明，发生应变脆化，试样冲击功降低。通过组织与性能研究结果表明，随t8/5 延长，CGHAZ 韧性降低，导致降低了材料冷弯性能。