一种低合金钢的焊接及焊缝热处理工艺研究

摘要

石油、天然气开发和集输过程中广泛存在CO2腐蚀，近年来针对CO2腐蚀问题国内外开发出了Cr元素含量在1％～5％的低Cr钢无缝管材应用于油田现场。由于焊接钢管与无缝管相比具有精度高、壁厚均匀的特点，在油气田现场取得了广泛应用。为了满足油气田现场对低Cr钢焊管需求，开发出低Cr钢焊管。本文针对制管过程中3Cr低合金钢焊接工艺进行研究，采用等离子焊接以及焊后中频感应热处理方法进行工艺试验。通过对焊接接头检测分析，研究焊接接头的组织性能特点以及焊后热处理工艺对焊接接头的影响规律，为3Cr低合金钢焊管的开发提供理论依据。
　　研究结果表明:3Cr低合金钢母材组织以铁素体和珠光体为主，母材屈服强度范围为466～480MPa，抗拉强度范围为530～545MPa，延伸率为25％～29.4％，硬度211～237HV0.5。冲击试验结果表明母材脆性转变温度在-60℃以下;相对于普通碳钢，由于母材中Cr元素含量较高影响了其可焊性;选用机械性能及化学成分与母材较为接近的牌号为JQ.TH650-Ⅱ气体保护焊焊丝进行了等离子焊接工艺试验;焊缝组织特征为粗大铁素体和混合马氏体组织;焊接接头硬度最高出现在焊缝区为344HV0.5，从焊缝到热影响区、母材，硬度逐渐降低。接头强度与母材相当，焊缝韧性低于母材，在-40℃以下时晶状断面已经达到了50％。
　　采用热模拟试验方法对焊接接头热影响区各区热循环过程进行模拟，分析了焊接接头热影响区组织及韧性。其中CGHAZ区的显微组织为粗大的铁素体和马氏组织，UACGHAZ区显微组织为细小的块状铁素体和贝氏体组织，ICRCGHAZ热模拟试样组织为粗细不均匀的块状铁素体和混合马氏体组织，SCRCGHAZ基本保留了与母材形同的组织形貌，组织为铁素体和珠光体。
　　采用中频感应加热方式对焊缝进行了热处理试验，焊缝和热影响区仍然为铁素体和马氏体组织。随着热处理温度的提高，铁素体形貌变得越细;焊接接头硬度、抗拉强度下降，冲击韧性得到提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 低Cr合金钢简介

1．2．1 低Cr合金钢特点

1．2．2 低Cr合金钢抗腐蚀机理

1．3 低Cr合金钢开发及应用状况

1．4 低Cr合金钢焊接工艺研究现状

1．5 本论文的研究意义

第二章 试验方法、设备及试样制备

2．1 等离子焊接方法及设备

2．2 焊缝热处理设备

2．3 力学性能试验方法及设备

2．3．1 焊缝拉伸试验方法及设备

2．3．2 焊缝弯曲试验方法及设备

2．3．3 显微组织分析试验方法及设备

2．3．4 焊接接头硬度测试方法及设备

2．3．5 焊接接头低温冲击试验方法

2．3．6 焊接热模拟试验方法

第三章 3Cr低合金钢的组织性能分析及焊接材料的选择

3．1 试验方法及目的

3．2 3Cr低合金钢的组织及力学性能分析

3．2．1 化学成分分析

3．2．2 显微组织分析

3．2．3 强度及硬度

3．2．4 低温冲击韧性

3．3 3Cr低合金钢的焊接性分析

3．3．1 碳当量分析

3．3．2 焊接热影响区最高硬度法

3．4 焊丝的选择

3．5 本章小结

第四章 3Cr低合金钢等离子填丝焊工艺

4．1 试验方案及目的

4．2 等离子焊接工艺

4．2．1 接头形式

4．2．2 焊接工艺参数的确定

4．3 焊接过程焊缝成形缺陷防止措施

4．3．1 焊接过程双弧现象的防止措施

4．3．2 焊缝咬边防止措施

4．3．3 气孔防止措施

4．3．4 焊缝中心凹陷

4．3．5 背面焊缝严重氧化的防止措施

4．4 焊接接头性能检测

4．4．1 焊缝外观形貌检查

4．4．2 焊接接头无损检测

4．4．3 焊缝金属化学成分分析

4．4．4 焊接接头显微组织

4．4．5 焊接接头硬度试验

4．4．6 焊接接头拉伸性能

4．4．7 焊接接头弯曲试验

4．4．8 焊缝低温冲击试验

4．5 本章小结

第五章 焊接接头组织及冲击韧性分析

5．1 试验方案及目的

5．2 3Cr钢热循环模拟试验

5．2．1 试验方法

5．2．2 显微组织分析

5．2．3 低温示波冲击试验结果及分析

5．2．4 冲击试样断口分析

5．3 本章小结

第六章 焊后热处理对焊接接头组织性能的影响分析

6．1 试验方案及目的

6．2 试验设备

6．3 焊缝热处理试验

6．3．1 热处理工艺参数

6．3．2 显微组织分析

6．3．3 焊接接头硬度

6．3．4 焊接接头拉伸性能试验

6．3．5 焊接接头弯曲试验

6．3．6 焊缝低温冲击试验

6．4 本章小结

第七章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文