抗大变形管线钢焊接软化问题的研究

作     者：贾璐 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘意春;刘清友

授予年度：2017年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：抗大变形管线钢 焊接热模拟 热影响区 软化 热输入 

摘      要：抗大变形管线钢是一种基于应变设计而生产的新型低合金高强度管线钢,主要用于冻土、泥石流和地震频发的地质条件恶劣地带。对抗大变形管线钢的焊接要求是形成过强匹配焊缝,但是在实际的埋弧焊过程中,焊缝热影响区总是存在晶粒粗化和组织的恶化,并伴随不同程度的软化现象,出现了软化区,这使热影响区的性能与基材的性能严重不匹配,成为整个焊接接头最薄弱部分,制约了抗大变形管线钢的工业应用。本论文以具有双相结构铁素体-贝氏体(PF-B)的X80级抗大变形管线钢为研究对象,针对其焊接热循环过程中出现的软化问题进行研究,以揭示其软化现象的具体机制。对X80级抗大变形管线钢的实际焊接热影响区微观形貌以及显微硬度进行研究,发现实际焊缝热影响区的组织变化复杂,粗晶区组织类型为板条贝氏体、针状铁素体,且组织因为经历高温而急剧长大;细晶区的组织为晶粒尺寸大小均匀的针状铁素体和细小的马氏体/奥氏体组元(M/A);临界区组织类型较复杂有多边形铁素体、粒状贝氏体和M/A组元;回火区组织类型同母材保持一致,主要为大量粗大多边形铁素体和少量回火贝氏体。X80级抗大变形管线钢整个热影响区硬度值都低于母材的平均硬度,从粗晶区开始先下降,到临界区和低温回火区时,组织显微硬度最小,然后逐渐增大到与母材同等水平。热影响区回火区和临界区出现软化现象,与母材中贝氏体在热循环过程中发生硬相回火有关。采用焊接热模拟实验研究了 X80级抗大变形管线钢的焊接热循环过程,结合金相显微镜、扫描电镜、EBSD、透射电镜和冲击实验分析了热影响区软化区的组织变化、晶体学特征和冲击韧性。结果表明,当母材组织为多边形铁素体加贝氏体时,焊接热影响区的软化区出现在峰值温度为600℃～700℃的高温回火区,此时组织转变成硬度较低的粗大铁素体+回火贝氏体,并且回复过程加快,组织中亚结构的大幅度减少和位错密度的显著降低是产生软化区的主要原因。相反,软化区的韧性较好,但是在80℃的临界区,M/A组元发生了聚集和粗化,并且大角度晶界比例降低,导致了韧性低谷的出现。采用焊接热模拟的实验研究了不同热输入下热影响区软化区的组织以及硬度的变化。结果表明:23kJ/cm、17kJ/cm、10kJ/cm三种热输入条件下,PF-B双相抗大变形管线钢均在600℃～700℃的高温回火区出现软化,软化区的主要组织类型是粗大的多边形铁素体+少量的回火贝氏体。增大热输入软化加剧,减小热输入可以细化晶粒尺寸,减缓热影响区硬度下降。