X120级管线钢PGMAW接头组织分析司亚威+王宇+王向磊+赵明摘要：X120级管线钢强度高，但由于大量合金元素的存在，其可焊性差并且容易出现焊接热影响区软化现象。针对上述问题，对X120管线钢进行了脉冲熔化极气体保护焊试验，得到了成型良好的焊接接头。分析焊缝区和热影响区微观组织发现，焊缝区组织形态主要为下贝氏体和马氏体，且晶粒细小；热影响区组织主要为粒状贝氏体、板条贝氏体和长条状的M-A组元，晶粒发生明显长大，这是导致焊接接头性能软化的主要原因。关键词：X120管线钢；脉冲熔化极气体保护焊；显微组织DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2017.10.0421X120管线钢与普通管线钢相比，X120管线钢中加入了B元素。B元素的加入可以提高可淬性，促进马氏体和下贝氏体的形成。含有B元素的母材和热影响区具有更高的韧性。合金元素Ti和Nb的加入，可以防止焊接热影响去的过度退火。钢板的焊接性主要取决于钢板的碳当量，本次实验所用X120钢的Ceq值为0.53。其值高于普通的管线钢，因此焊接性较差。X120管线钢的典型组织为下贝氏体加少量马氏体，下贝氏体组织可以使管线钢得到足够的强度和韧性。研究表明，化学成分相近的下贝氏体和马氏体，其强度也相近。并且X120管线钢中的下贝氏体晶粒细小，这使得其具有更高的韧性。2X120钢的焊接试验及接头组织性能分析2.1焊接工艺试验试验所用X120钢的厚度为16.0mm，管径为916mm。针对管口与管口组对环缝焊接，采用窄间隙双V型复合坡口设计。窄间隙坡口的设计使得焊接熔敷量大大减少，各焊层熔宽和热影响区宽度相差较小，极大程度地提高了焊接效率、降低了焊接成本。根据焊接实验结果可以看出，各焊层间熔合良好并未出现未熔合、未焊透现象，整个焊缝宏观无裂纹、气孔等缺陷。试验采用P-GMAW焊接工艺对X120钢板环形焊缝进行五层焊接，包括根焊层、热焊层、填充一层、填充二层和盖面层，不同焊层在焊接时采用不同的焊接工艺参数。2.2焊接接头组织分析由于工件上不同位置与焊接热源的距离不同，所以各点经历不同的焊接热循环。与普通热处理相比，焊接热过程是一个快速加热和快速冷却的过程，温度梯度很大，因此焊缝上不同位置的点经历的热循环有很大的差别，这就导致了在焊缝上不同位置上产生形态不一的微观组织。焊接过程中，在电弧热的作用下，X120管线钢母材发生熔化，并且与填充金属熔合，形成焊接熔池，由于焊接电弧的不断移动，当电弧远离时，焊接熔池凝固形成焊接接头。从金相照片中可以看到下贝氏体组织和马氏体组织。X120管线钢焊缝区的马氏体多呈板条状，板条马氏体的亚结构主要为高密度的位错，位错密度高达（0.3～0.9）×1012cm-2。低碳的位错型马氏体具有相当高的强度和良好的韧性。X120管线钢焊缝区有大量下贝氏体，空间形态呈双凸透镜状，与试样磨面相交呈片状或针叶状。在光学显微镜下，下贝氏体呈黑色针状或竹叶状，针与针之间呈一定的角度。在电子显微镜下可以观察到下贝氏体中碳化物的形貌，它们细小弥散，呈粒状或短条状，沿着与铁素体长轴55°～60°角取向平行分布。研究表明，下贝氏体的强度与相同化学成分马氏体相近，而细小交错的下贝氏体组织又使得管线钢同时具有较高的韧性。在五个焊层中，其微观状态略有不同，但都有马氏体和下贝氏体。对照标尺可以看出，下贝氏体和马氏体的晶粒尺寸普遍分布在10μm～20μm之间，一般不会超过25μm，较小尺寸的组织形态避免了晶粒粗大而带来焊缝区软化的不良现象，保证了焊缝力学性能要求。马氏体和下贝氏体的出现可以保证焊缝区的强度，而细小交错的下贝氏体保证了焊缝具有足够的韧性。焊接过程是一个快速加热、熔化、连续冷却的过程，在焊缝周围的母材由于受到电弧热的作用会经历升温和降温过程，这是一个特殊的热处理过程，因此在焊缝周围形成焊接热影响区。在热影响区的不同位置，由于离电弧的距离不同，所经历的热循环过程也不同，因此形成的组织形貌也不同。X120级管线钢热影响区的组织形态主要有粒状贝氏体（GB）、板条状贝氏体（LB）和呈长条状的马氏体-奥氏体组元（M-A）。热影响区晶粒尺寸明显变大，一些粒状贝氏体的边界长度已经超过25μm。粒状贝氏体和板条贝氏体通常在稍高...