论文部分内容阅读
日益增长的能源需求及成本控制使得高钢级管线钢越来越引起长输管线工程的关注,鉴于高钢级管线钢焊接热影响区的脆化及软化对管道质量的重大影响,系统研究X90管线钢焊接热影响区的组织及性能,确定合理的焊接工艺,对X90管线钢的应用意义重大。基于对试验用X90管线钢的组织观察及力学性能分析,通过Gleeble-3500焊接热模拟试验机模拟焊接热循环过程,采用OM和SEM进行微观组织观察,结合低温冲击韧性和硬度试验进行力学性能分析,研究了不同峰值温度(Tm)下X90管线钢的组织与性能特点,分析了不同热输入(E)下X90管线钢焊接热影响区粗晶区的组织变化及脆化现象,利用TEM和EBSD进一步探讨CGHAZ的冲击韧性和断裂机理。研究结果表明:(1)试验用X90管线钢为准多边形铁素体(QPF)、针状铁素体(AF)、板条贝氏体(LB)及M/A组成的混合型组织,屈服强度为725MPa,抗拉强度为790MPa,屈强比为0.918,-20℃冲击吸收功为307.00J,显微维氏硬度为228.0HV,呈现出优良的组织性能匹配。(2)当峰值温度为1350℃时,X90管线钢的组织主要由LB、粒状贝氏体(GB)和较大尺寸的M/A构成,晶粒粗大且可见原奥氏体晶界;1100℃时组织中出现QPF,晶粒明显变细,原奥氏体晶界消失;950℃时组织由QPF、PF、少量GB及M/A组成;850℃时组织中PF消失;650℃时的组织与母材类似,呈现出明显的轧制特征,由QPF、AF、GB和M/A构成。随着Tm的降低,-20℃冲击吸收功先增大后减小再增加,950℃和650℃时冲击功高于母材,其中亚临界区(Tm=650℃)具有最优冲击韧性,1350℃时冲击吸收功最低,表现为明显的粗晶脆化现象。硬度试验表明粗晶区具有最高的硬度值,与母材相比,在950℃和850℃时出现明显的软化现象。(3)不同热输入下X90管线钢CGHAZ的微观组织均为板条贝氏体、粒状贝氏体和M/A组元,晶粒明显粗化且热输入较大时尺寸差异较大,而原奥氏体晶粒平均尺寸相近。随着焊接热输入的增加,组织中LB减少,板条边界不清晰且平行度降低,而GB逐渐增多,M/A组元尺寸及长宽比逐渐增大;-20℃冲击吸收功先增大后减小,在E=25kJ/cm时出现最大值,冲击韧性均低于母材,表现为粗晶脆化;冲击断口在热输入低于30kJ/cm时表现为韧断,E≥30kJ/cm时表现为明显的脆断;硬度值逐渐减小,其最低值236.0HV仍高于母材,表明未出现软化现象。为了获得微观组织、冲击韧性及硬度的优良匹配,在保证焊接接头具有较好焊接质量的情况下推荐X90管线钢的焊接热输入低于30kJ/cm。(4)在10kJ/cm、25kJ/cm和40kJ/cm下,随着热输入的增加,晶粒取向差由明显的各向异性趋于一致;大角度晶界和低∑指数的重位点阵晶界含量分别为25.4%,25.9%和23.8%,以及10.13%,8.29%和4.13%,分析表明CGHAZ中存在N-W和K-S取向关系;晶粒的平均尺寸分别为3.583μm,3.732μm和4.271μm;局部取向差峰值分别为0.55°、0.65°和0.45°,变形晶粒含量分别为73.51%,78.20%和43.66%。X90管线钢CGHAZ的粗晶脆化不仅与晶粒尺寸、M/A组元有关,还取决于材料的组织结构类型及其晶体学特征。合理的焊接工艺参数可获得较好的组织配合、较小的晶粒和M/A,以及优良的晶体学取向,能有效提高粗晶区的冲击韧性,降低脆化程度。