管線鋼焊接局部脆化的研究6

管線鋼焊接局部脆化的研究

目錄背景試驗(yàn)程序焊接熱模擬局部脆化現(xiàn)象及機(jī)理局部脆化區(qū)的斷裂局部脆化的預(yù)防和控制結(jié)論1.背景◆卷板鋼板數(shù)學(xué)冶金微合金化清潔試驗(yàn)室超純凈冶煉高強(qiáng)、高韌計(jì)算機(jī)過程控制控軋控冷e.g.400J/-10℃＝＞＝＞

◆HAZ

焊接熱過程〔高溫、快速、拘束、開放〕＝＞＝＞局部脆化e.g.48%-69%◆最弱鏈理論2.試驗(yàn)程序◆材料X52、X60、X65、X70、X80、X100◆方法熱模擬

CVN、COD、三軸拉伸

TEM、SEM

定量分析3.焊接熱模擬◆單道焊鋼管單道焊HAZ示意圖BASEPLATEWELDBEADPeaktemperaturereceived

1100-1500℃(CGHAZ)850-1100℃(FGHAZ)750-850℃(ICHAZ)500℃-750℃(SCHAZ)◆多道焊時(shí)間t/s溫度θ/℃BasemetalFirstweldbeadSecondweldbeadAUCGHAZB.SCCGHAZCIRCGHAZDSCGHAZ4.局部脆化現(xiàn)象及機(jī)理◆CGHAZ局部脆化現(xiàn)象

●

X52X52管線鋼CGHAZ的沖擊韌性與焊接線能量的關(guān)系●X60X60級(jí)管線鋼CGHAZ的沖擊韌性與焊接線能量的關(guān)系●X70X70級(jí)管線鋼CGHAZ的沖擊韌性與焊接線能量的關(guān)系寶鋼X70管線鋼CGHAZ系列溫度下沖擊試驗(yàn)結(jié)果武鋼X70管線鋼CGHAZ系列溫度下沖擊試驗(yàn)結(jié)果●X80X80級(jí)管線鋼CGHAZ的沖擊韌性與焊接線能量的關(guān)系〕日本X80管線鋼CGHAZ系列溫度下沖擊試驗(yàn)結(jié)果武鋼X80管線鋼CGHAZ系列溫度下沖擊試驗(yàn)結(jié)果◆CGHAZ局部脆化機(jī)理●粗晶脆化X52CGHAZ原奧氏體晶粒平均截距D與焊接線能量的關(guān)系=（43.16+10.66E）μm

G=3.276-0.117E●組織脆化E=5KJ/cmX52管線鋼CGHAZ的光學(xué)金相E=8KJ/cmX52管線鋼CGHAZ的光學(xué)金相E=11KJ/cmX52管線鋼CGHAZ的光學(xué)金相E=16KJ/cmX52管線鋼CGHAZ的光學(xué)金相E=20KJ/cmX52管線鋼CGHAZ的光學(xué)金相E=30KJ/cmX52管線鋼CGHAZ的光學(xué)金相E=40KJ/cmX52管線鋼CGHAZ的光學(xué)金相X52管線鋼顯微組織含量〔%〕

M馬氏體BL下貝氏體Bu上貝氏體Fc針狀鐵素體W魏氏組織F鐵素體P珠光體E(KJ/cm)M(BL)BuFcWFP顯微組織54030255M+Bu81010755Fc11108010Fc155701510Fc+F2055102510Fc+F30404515W+F+P408515F+P珠光體的TEM形態(tài)E=40KJ/cmX60CGHAZ的板條馬氏體

E=5KJ/cm針狀鐵素體及其位錯(cuò)組態(tài)E=16KJ/cm寶鋼X70母材的光學(xué)金相寶鋼X70的CGHAZ金相(E=10KJ/cm）寶鋼X70CGHAZ金相（E=20KJ/cm）寶鋼X70CGHAZ金相（E=40KJ/cm）起于原奧氏體晶界的板條形態(tài)針狀鐵素體的板條形態(tài)馬氏體的板條形態(tài)

20000多邊形鐵素體和少量珠光體的TEM形態(tài)

20000◆IRCGHAZ局部脆化●X52X52管線鋼沖擊韌性與二次峰值溫度的關(guān)系●X60

X60沖擊韌性和二次峰值溫度的關(guān)系曲線(a)系列溫度下的沖擊韌性(b)系列溫度下的斷裂韌性CODX60系列溫度下的韌性分布●X65X65沖擊韌性和二次峰值溫度的關(guān)系曲線●X70X70級(jí)管線鋼二次熱循環(huán)的韌性●X80X80級(jí)管線鋼二次熱循環(huán)的韌性(c)寶鋼X70不同熱循環(huán)狀態(tài)下的CVN(d)武鋼X80不同熱循環(huán)狀態(tài)下的CVN管線鋼BM、CGHAZ和IRCGHAZ的韌性對(duì)比◆IRCGHAZ脆化機(jī)理●M-A組元脆化X65的光學(xué)金相組織（a）母材（b）CGHAZ（c）IRCGHAZ母材(a)

粗晶熱影響區(qū)（CGHAZ）(b)臨界粗晶熱影響區(qū)（ICCGHAZ）寶鋼X70光學(xué)金相組織(

400)母材(a)粗晶熱影響區(qū)（CGHAZ）(b)臨界粗晶熱影響區(qū)（ICCGHAZ）圖4-62.武鋼X80光學(xué)金相組織(

400)(a)明場(chǎng)(b)暗場(chǎng)(c)衍射斑點(diǎn)(d)標(biāo)定結(jié)果.M-A形態(tài)及其標(biāo)定

M—A組元中的相變孿晶原奧氏體晶界的M—A組元相鄰針狀鐵素體界面的M—A組元沿針狀鐵素體束界的M—A組元

含

量

（%）

平均弦長(zhǎng)

（μm）

M—A組元的含量和尺寸(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組元的顯微硬度

CGHAZ

IRCGHAZ

X60

190

220

X65

210

245

不同二次熱循環(huán)峰值溫度下的晶粒尺寸●組織遺傳脆化(c)t8/5=70sX65的不同t8/5時(shí)的IRCGHAZ組織(a)t8/5=10s(b)t8/5=40sX100的沖擊韌性和二次峰值溫度關(guān)系曲線◆SCGHAZ脆化現(xiàn)象(a)t8/5=10s(b)t8/5=40s(c)t8/5=70sX100粗晶區(qū)的光學(xué)金相組織（400×）◆SCGHAZ脆化機(jī)理粗晶區(qū)中板條馬氏體的形貌粗晶區(qū)中板條馬氏體的的位錯(cuò)形態(tài)CGHAZ的板條馬氏體中的局部孿晶CGHAZ中的馬氏體和針狀鐵素體(c)衍射斑點(diǎn)(d)標(biāo)定結(jié)果CGHAZ中的殘余奧氏體(a)明場(chǎng)(b)暗場(chǎng)(a)明場(chǎng)(b)暗場(chǎng)(c)衍射斑點(diǎn)(d)標(biāo)定結(jié)果殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變SCGHAZ中析出的碳化物5.局部脆化區(qū)的斷裂◆塑性變形

〔a〕變形前〔b〕變形后〔ε=0.317〕IRCGHAZ中的M—A組元分布

◆裂紋萌生

●夾雜物形核

〔a〕拉伸試樣〔b〕沖擊試樣夾雜物界面處形核●M-A界面形核裂紋在鐵素體與M—A組元界面處的形核和擴(kuò)展〔ε=0.273〕●M-A內(nèi)形核

〔a〕ε=0.169〔b〕ε=0.273M—A組元的開裂裂紋在脆性質(zhì)點(diǎn)處形核◆裂紋擴(kuò)展〔a〕ε=0.273〔b〕ε=0.317擴(kuò)展中的裂紋裂紋的擴(kuò)展路徑〔ε=0.512〕與主裂紋呈45°方向的二次裂紋

(a)針狀鐵素體(b)塊狀鐵素體局部脆化區(qū)中裂紋與顯微組織的關(guān)系τστστσσττσστσττσ(a)(b)(c)(d)局部脆化區(qū)斷裂過程的描述6.局部脆化的預(yù)防和控制◆鋼材選擇

寶鋼X70和日本X80在不同焊接熱輸入下的韌性分布寶鋼X70日本X80

CGHAZ的光學(xué)金相（E=10KJ/cm）

寶鋼X70日本X80

CGHAZ組織形態(tài)（E=40KJ/cm）BA◆焊接標(biāo)準(zhǔn)控制

焊接熱輸入對(duì)CGHAZ韌性的影響◆預(yù)備回火焊道控制●方法

預(yù)備回火焊道的熱循環(huán)曲線

Tt(s)(℃)

(a)X60的韌性變化(b)X65的韌性變化試驗(yàn)鋼經(jīng)過回火焊道處理后的韌性變化●效果

●機(jī)理

試驗(yàn)鋼經(jīng)預(yù)備回火焊道處理后的奧氏體晶粒大小

〔a〕CGHAZ〔b〕未處理的IRCGHAZ

〔c〕經(jīng)1000℃處理的IRCGHAZ不同狀態(tài)下的M—A組元●方法◆補(bǔ)充回火焊道熱處理補(bǔ)充回火焊道的熱循環(huán)曲線t(s)

T（℃)●效果(a)X60的沖擊韌性(b)X65的沖擊韌性試驗(yàn)鋼經(jīng)補(bǔ)充回火處理后的沖擊韌性●機(jī)理

(a)CGHAZ(b)未處理的IRCGHAZ

(c)處理后的IRCGHAZ試驗(yàn)鋼X60中M—A組元的變化

試驗(yàn)鋼X65中M-A組元的變化試驗(yàn)鋼X65中IRCGHAZ經(jīng)450℃處理后的組織結(jié)構(gòu)X52CGHAZ焊后熱處理后的韌性●效果◆焊后熱處理

M-A組元的分解×30000●機(jī)理細(xì)小等軸晶的形成×190007.結(jié)論局部脆化的三種形式CGHAZ49%IRCGHAZ韌性損失69%SCGHAZ61%CGHAZ脆化機(jī)理粗晶

BU；網(wǎng)狀F；PIRCGHAZ脆化機(jī)理

M-A

組織遺傳SCGHAZ脆化機(jī)理

K析出

A分解脆化區(qū)裂紋形核方式夾雜物形核貝氏體鐵素體板條與M-A組元界面處形核

M-A組元內(nèi)部形核影響裂紋擴(kuò)展的因素