X80海底管线钢焊接接头晶粒长大规律研究51卷增刊22010年12月中国造船SHIPBUILDINGOFCHlNA文章编号:1OOO一4882(2010)$2—407—05X80海底管线钢焊接接头晶粒长大规律研究虞毅,许可望,张念涛,刘永贞,曹军(海洋石油工程股份,天津300452)摘要本文研究了一种适用于海底管道X8O级管线钢在不同峰值温度下的奥氏体晶粒长大规律.结果表明,当奥氏体化温度低于950℃时,试验钢有较小的晶粒尺寸.奥氏体化温度超过1100IS,晶粒平均截距开始明显增大,一旦奥氏体化温度上升到1300℃时,奥氏体晶粒已显着粗化.分析表明,试验钢奥氏体晶粒平均截××1O/T).当奥氏体化温度为950℃和1100℃结果对于X8O级管线钢海上焊接工艺参数的制定有着非常重要的意义.关键词:XS0管线钢;焊接;奥氏体晶粒0引言为适应海底长输管线深水化,厚壁,高压输送的发展趋势,对材料的选择提出了更高的要求.虽然通过微合金化设计,超纯洁冶炼和控制轧制与控制冷却技术,冶金部门已能提供足够强韧特性的X80级管线钢材料,然而,X80管线钢在随后的焊接热过程中,其性能将受到损害,其中焊接热过程中的奥氏体晶粒长大对焊接接头材料性能尤有影响.本文对一种适用于海底管道管件制造的X80级管线钢在焊接高温过程中奥氏体晶粒长大规律进行了较系统的研究.研究结果对X80钢焊接工艺参数的确定,对指导符合深水环境下高强度管线钢的焊接施工具有重要的理论意义和工程价值.1试验材料和方法试验材料为天津钢管公司生产的X80级无缝管,其化学成分如表1所示.表1试验用钢化学成分(wt.%)试验采用尺寸为10×10×20mm试样.试样分别在900,950,1000,1100,1200和1300℃等不同温度保温lOmin后取出淬火..按照ASTM晶粒度测量标准,根据直线截距法测试结果,采用式(1)计算晶粒平均截距D,采用式(2)计算晶粒度G.D=L/MN(1)式中L为截距法所采用的直线长度,N为所截晶粒数目,M为显微镜放大倍数.408中国造船学术论文2试验结果与分析(2)X80级管线钢在900~C一1300~C不同温度加热后,其奥氏体晶粒平均截距和晶粒度级别的测量和计算的结果如表2所示,奥氏体晶粒平均晶粒截距与奥氏体化温度的关系如图1所示,不同加热温度下奥氏体晶粒形态如图2所示.表2X80级管线钢在不同温度下的奥氏体晶粒平均截距和晶粒度.C图1X80管线钢奥氏体晶粒平均截距与加热温度的关系(试验值)-ll..≮一/..f,≯一一一一一;_……一一..…一..…一～一0.虞毅,等:X80海底管线钢焊接接头晶粒长大规律研究(A)900~C;(B)950~C;(C)IO00~C;(D)1100~C;(E)1200~C;图2X80级管线钢在不同加热温度下原奥氏体晶界形貌试验结果表明,当加热温度低于950~C时,试验钢晶粒平均截距小于14.1pm,晶粒度在9级以上,在此温度下所制作的弯管和三通具有较高的强韧特性.由于试验钢进行了较好的微合金化设计,其中Ni,V,Ti等微合金碳,氮化物通过质点钉扎晶界的机制而阻止奥氏体晶粒的粗化过程,因而即使在l100~C时,X80级管线钢晶粒平均截距仍不大于40"m.加热温度超过1100~C,晶粒平均截距增大,一旦加热温度上升到1300~C时,由于试验钢中大部分微合金碳化物,氮化物和碳氮化物的溶解,致使奥氏体晶粒度达到3级,晶粒平均截距超过100pm表明此时奥氏体晶粒已明显粗化.分析,奥氏体晶粒长大是一种热激活,扩散与界面反应控制的物理冶金过程,晶粒平均截距与温度之间的关系可表示为:D=Aexp(一旦)(3)尺式中,为晶界迁移激活能,J/mol;R为普适气体常数,J/(mol?.K):T为加热温度,.K;为与加温时间等因素有关的常数.将表2中的试验数据按式(3)进行回归分析,获得奥氏体晶粒平均截距与加热温度间的数值关系式如下××10)(4)图3即为X80级管线钢奥氏体晶粒尺寸与加热温度的关系图._,E.三图3X80级管线钢晶粒尺寸与加热温度的关系学术沦文在高强管线钢的焊接过程中,加热时问是一个重要的工艺参数.为了优化加热时间,建立奥氏体晶粒尺寸与加热时间之间的关系,测定和计算了X80级管线钢不同保温时间条件下的奥氏体晶粒平均截距和晶粒度级别.测试结果如表3,据此绘出的奥氏体品粒与加热保温时间的关系曲线如图4.表3X80钢在不同保温时问下奥氏体晶粒平均截距和晶粒度tlmln图4X80管线钢奥氏体品粒甲均截距与加热时『口J的关系(试验值)基于金属学基本原理,在等温长大条件下,奥氏体平均晶粒尺...