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焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 I 摘要摘要 西氣東輸 工程選用的 X70 管線鋼 在焊接過程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力及各種負(fù)作 用 改變了其組織和耐蝕性能 焊后熱處理具有消除殘余應(yīng)力 改善組織及提高耐 蝕性能的作用 我們對(duì)部分材料進(jìn)行了焊后熱處理 并且采用高溫回火工藝及不同 的回火溫度 本文通過金相觀察及拉伸試驗(yàn)來探討焊后熱處理對(duì) X70 管線鋼組織的影響 通 過失重法來分析焊后熱處理對(duì) X70 管線鋼耐蝕性的影響 金相觀察結(jié)果分析表明 焊后熱處理前后的顯微組織無論焊縫 母材還是熱影 區(qū)都是不同的 組織明顯細(xì)化 利于強(qiáng)韌性的組織增加 不同回火溫度的焊后熱處 理也存在差別 不過這種差別較前者明顯減弱 但是仍然改善了材料的組織 使材 料強(qiáng)韌性得到進(jìn)一步提高 拉伸試驗(yàn)結(jié)果分析表明 焊后熱處理提高了材料的抗拉強(qiáng)度和塑韌性 并且在 都進(jìn)行焊后熱處理的材料中隨著回火溫度的提高屈服強(qiáng)度和塑韌性也得到了提高 但是隨回火溫度的提高材料的抗拉強(qiáng)度略微降低 可知焊后熱處理提高了材料的強(qiáng) 韌性 回火溫度的提高能夠進(jìn)一步改善材料的強(qiáng)韌性 驗(yàn)證了金相分析的結(jié)論 失重法結(jié)果分析表明 焊后熱處理后材料的腐蝕重量指標(biāo)和深度指標(biāo)都相應(yīng)的 降低 說明焊后熱處理提高了材料的耐蝕性 并且回火溫度的提高也使得這兩項(xiàng)指 標(biāo)降低 說明隨焊后熱處理中回火溫度的提高材料的耐蝕性增強(qiáng) 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 X70 鋼 焊后熱處理 組織 耐蝕性 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 II ABSTRACT West East Gas pipeline project selected X70 pipeline steel in the process of welding X70 pipeline steel brings residual stress and various negative effects as a result changes its organization and corrosion resistance PWHT can eliminate residual stress improve the organization and enhance the corrosion resistance we carried out PWHT in some of the material and adopt high temperature tempering process and different tempering temperature In this paper metallographic observation and tensile test to investigate PWHT on the impct of X70 pipeline steel organizations through the weight loss method to analyze PWHT on impct of X70 pipeline steel corrosion resistance The observations of metallographic analysis showed that the before and after PWHT whether the microstructure of weld base metal or heat affected zone is different obviously refining organization Increasing in the Organization which will help to increase the strength and toughness Under different tempering temperature in PWHT also exist differences but this difference decreased over the former but still improved the organization of material so that the material strength and toughness to be further improved Analysis in the tensile test results showed that PWHT improved the tensile strength and plastic material toughness with increasing in tempering temperature the materials which have carried out PWHT also improved the yield strength and toughness However with increasing the tempering temperature tensile strength in the materials is slightly lower we can see PWHT to improve the material strength and toughness and with increasing the tempering temperature in PWHT further improve the material strength and toughness validating the conclusions in the metallographic analysis The results in the weight loss method show that after PWHT depth indicators and weight indicators in the Corrosion Materials are the corresponding lower which shows that post weld heat treatment improved the corrosion resistance in materials with Increasing the tempering temperature these two indicators also makes to reduce which shwos that With increasing the tempering temperature in PWHT the corrosion resistance in the materials also enhances Keywords X70 pipeline steel PWHT microstructure corrosion resistance 焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 III 目錄目錄 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 IV 摘要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1 1 研究背景及目的 1 1 2 國內(nèi)外研究狀況 2 1 3 研究內(nèi)容 3 1 4 研究方法 3 2 實(shí)驗(yàn)材料及方法 4 2 1 實(shí)驗(yàn)材料 4 2 2 實(shí)驗(yàn)方法 4 2 2 1 焊后熱處理 4 2 2 2 金相實(shí)驗(yàn) 5 2 2 3 拉伸試驗(yàn) 5 2 2 4 腐蝕實(shí)驗(yàn) 6 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 8 3 1 金相實(shí)驗(yàn)結(jié)果 8 3 2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果 9 3 3 腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果 11 3 4 總結(jié)與分析 11 4 結(jié)論 13 謝辭 14 參考文獻(xiàn) 15 焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 1 1 緒論緒論 1 1 研究背景及目的研究背景及目的 據(jù)報(bào)道 未來 10 年內(nèi) 中國石油化工行業(yè)將投資 2000 億人民幣 進(jìn)行石油天 然氣管道運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè) 屆時(shí) 我國將形成橫貫東西 縱貫?zāi)媳钡墓艿肋\(yùn)輸網(wǎng)絡(luò) 近年來 隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷增加 我國油氣管線建設(shè)得到蓬勃發(fā) 展 截至 2006 年底 我國石油 天然氣 成品油管道長度已超過 4 萬公里 相當(dāng)于 繞地球一圈 按照目前的規(guī)劃 到 2015 年我國油氣干線管道將超過 10 萬公里 將 形成一個(gè)龐大的管道運(yùn)輸網(wǎng) 低合金高強(qiáng)度鋼由于具有良好的力學(xué)性能及焊接性已 成為石油化工領(lǐng)域的主要用鋼 自 1995 年以來 我國更加注重高強(qiáng)度的針狀鐵素體 鋼 包括 X52 X60 X65 X70 等管線鋼 在油氣管道中的應(yīng)用 我國 西氣東輸 工程中使用最多的鋼材是 X70 管線鋼 然而在它的使用中也出現(xiàn)了諸多問題 管線鋼是低合金高強(qiáng)度鋼 HSLA 的典型代表 它集材料設(shè)計(jì) 微合金元素運(yùn)用 和控軋控冷工藝于一體 西氣東輸 工程中選用的 X70 管線鋼是鐵素體 珠光體管 線鋼種 它的基本成分是 C Mn 通過 V Nb Ti 等微合金元素的控制 生產(chǎn)出 的少珠光體微合金控軋鋼 1 其中 焊接工藝是輸氣管道鋪設(shè)的主要工藝之一 現(xiàn) 代化管線鋼的發(fā)展圍繞改進(jìn)管線鋼的焊接性能 在高壓輸送管線的焊接部位 尤其 是鋪設(shè)環(huán)焊部位是事故多發(fā)位置 眾所周知 腐蝕破壞是油氣管線安全性的最大威 脅因素 2 由于焊接時(shí)管線鋼經(jīng)歷著一系列復(fù)雜的非平衡的物理化學(xué)工程 從而造 成焊縫和熱影響區(qū)的化學(xué)成分不均勻 晶粒粗大 組織偏析等缺陷 因此焊接接頭 處的腐蝕抗力較低 輸氣管道的服役條件多為潮濕環(huán)境 輸送介質(zhì)含酸性物質(zhì)較多 此外 由于發(fā)展高強(qiáng)度級(jí)別管線鋼 當(dāng)強(qiáng)度要求相同時(shí) 意味著高級(jí)別管線鋼的管 璧減薄 抗腐蝕安全性減少 管線鋼的失效事故國內(nèi)外也是接連報(bào)道 如中國 美 國 澳大利亞 加拿大 巴基斯坦 伊朗等 這樣使得國內(nèi)外許多專家都非常重視 管線鋼在各方面的研究 安全進(jìn)行油氣輸送是我國能源均衡使用的保障 而管線鋼 的腐蝕容易發(fā)生在焊接接頭部位 研究 X70 管線鋼的組織和耐蝕性可以大大提高其 使用壽命 焊后熱處理對(duì)焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品具有重要的影響 它具有改善焊接接頭的組織性能 消除殘余應(yīng)力等有害影響的作用 焊后 將焊件或其局部均勻加熱到相變點(diǎn)以下某 一適當(dāng)溫度 并保溫一定時(shí)間 然后再均勻冷卻 這種處理過程稱為 焊后熱處理 本文對(duì) X70 管線鋼焊接接頭進(jìn)行不同工藝的焊后熱處理 然后進(jìn)行分別觀察和腐 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 蝕試驗(yàn)研究 并與未進(jìn)行焊后熱處理的試樣進(jìn)行對(duì)比分析 以期找到焊后熱處理工 藝參數(shù)對(duì) X70 管線鋼焊接接頭組織和耐蝕性能的影響規(guī)律 綜合分析組織和耐蝕性 的關(guān)系 希望能夠?yàn)?X70 管線鋼的生產(chǎn)和使用提供微薄的幫助 1 2 國內(nèi)外研究狀況國內(nèi)外研究狀況 目前西方發(fā)達(dá)國家對(duì)管線鋼的組織和腐蝕性能已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究和數(shù)據(jù)積 累 并建立了全面的防護(hù)工程標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的法律制度 但是我國在這些方面相對(duì)落 后 尤其是在高級(jí)管線鋼 如 X70 和 X80 級(jí)等 的服役耐蝕性能方面基本處于起步 階段 尚未進(jìn)行系統(tǒng)的研究和數(shù)據(jù)積累工作 對(duì)于輸氣輸油管道而言 有內(nèi)腐蝕和 外腐蝕 均勻腐蝕和局部腐蝕之分 由于焊縫區(qū)組織和性能的變化 焊接引起的殘 余應(yīng)力等 殘余應(yīng)力的存在將影響到管線鋼的組織和使用性能 為了消除焊接區(qū)的 殘余應(yīng)力 國內(nèi)外經(jīng)常進(jìn)行焊后熱處理 它既可松弛和緩和焊接殘余應(yīng)力 改善因 冷加工或焊接引起的硬化或脆化 也可提高焊縫金屬的延性和斷裂韌性 還能加速 焊接區(qū)中氫的擴(kuò)散逸出 焊后熱處理的使用集中在鍋爐及壓力容器等焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn) 品制造過程中 國內(nèi)對(duì)焊后熱處理的研究很早就開始了 由于焊后熱處理對(duì)接頭具 有重要影響 3 4 所以開展對(duì)各種焊接接頭焊后熱處理的研究 唐金蓉所做的焊后熱 處理對(duì) 38Cr2Mo4VA 鋼電阻點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能的影響 5 研究 得出焊后熱處理很好 的改善了組織 降低了硬度 提高了韌性 從而明顯地提高了接頭的強(qiáng)度及塑性 齊齊哈爾二機(jī)床集團(tuán)板金廠的樊忠孝對(duì)焊后熱處理對(duì)焊接接頭組織性能影響的幾個(gè) 問題 6 進(jìn)行了研究論證 在該文的結(jié)束語中我們可以知道 焊后熱處理除了消除殘 余應(yīng)力 還起著對(duì)焊接接頭平衡組織 改善性能的作用 相關(guān)的文獻(xiàn)資料還有 齊 向前 田旭海 焊后熱處理對(duì) T92 鋼焊接接頭組織及性能的影響 7 李麗 王碧琴 12Cr1MoV 鋼管焊接接頭的焊后熱處理 8 郭紹慶 谷衛(wèi)華 余槐 袁鴻 張旺峰 李曉紅 TC18 電子束焊接頭焊后熱處理對(duì)組織與性能的影響 9 錢昌黔 關(guān)于異種 鋼焊接接頭焊后熱處理的選擇 10 丁詳遠(yuǎn) 孫敦武 耿希堯 焊后熱處理對(duì)壓力容 器不銹鋼堆焊接頭性能的影響 11 等 而且相關(guān)文獻(xiàn)還開展了對(duì)焊后熱處理知識(shí)的傳 授和討論 如施雨湘 焊后熱處理知識(shí) 李之義 焊后熱處理方法 錢昌黔 焊后 熱處理討論等 然而對(duì)管線鋼焊接接頭而言 這方面的研究尚不多 無針對(duì)性強(qiáng)的熱處理參數(shù) 可借鑒 由于我國 西氣東輸 工程中使用最多的鋼材是 X70 管線鋼 因此選用 X70 管線鋼焊接接頭做為研究材料 通過試驗(yàn)來分析焊后熱處理對(duì)管線鋼焊接接頭 焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 3 組織和耐蝕性的影響并探討組織和耐蝕性的關(guān)系 1 3 研究內(nèi)容研究內(nèi)容 本實(shí)驗(yàn)是在現(xiàn)有的 X70 管線鋼接頭周圍取材 對(duì)其中兩塊材料進(jìn)行不同工藝的 高溫回火焊后熱處理 12 并且留取一塊材料作為空白對(duì)照 加工試樣后 分別進(jìn)行 金相觀察 室溫拉伸及腐蝕實(shí)驗(yàn) 隨后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析研究 通過觀察金 相顯微組織來分析焊后熱處理工藝參數(shù)對(duì) X70 管線鋼焊接接頭組織的影響規(guī)律 通 過室溫拉伸試驗(yàn)的結(jié)果來進(jìn)一步尋找這種影響規(guī)律 通過腐蝕實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來分析焊 后熱處理工藝參數(shù)對(duì) X70 管線鋼焊接接頭耐蝕性的研究 綜合以上分析來探討 X70 管線鋼焊接接頭組織和耐蝕性之間的關(guān)系 1 4 研究方法研究方法 本文的試驗(yàn)研究涉及焊后熱處理 金相分析 室溫拉伸試驗(yàn)及掛片失重法 下 面簡單敘述各種方法 焊后熱處理是指為了改善焊接接頭的性能 消除殘余應(yīng)力等有害影響 焊后 將焊件或其局部均勻加熱到相變點(diǎn)以下某一適當(dāng)溫度 并保溫一定時(shí)間 然后再均 勻冷卻的過程 金相分析是指運(yùn)用放大鏡和顯微鏡 根據(jù)對(duì)金屬材料的宏觀及微觀組織進(jìn)行觀 察和研究的方法 生產(chǎn)實(shí)際中常稱為金相檢驗(yàn) 13 室溫拉伸試驗(yàn)是指室溫下標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣在靜態(tài)軸向拉伸力不斷作用下以規(guī)定的 拉伸速度拉至試樣斷裂并在拉伸過程中連續(xù)記錄力與伸長從而求出其強(qiáng)度判據(jù)和塑 性判據(jù)的力學(xué)性能試驗(yàn) 14 掛片失重法是指一種經(jīng)典的腐蝕研究方法 該法通過測量金屬在腐蝕介質(zhì)中放 置一定時(shí)間后所損失的重量 求出其腐蝕速度 15 通常采用重量指標(biāo)和深度指標(biāo)形 式表示 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 2 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)材料與方法方法 2 1 實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)材料 本文使用的材料是現(xiàn)有的 X70 管線鋼 其化學(xué)成分如表 2 1 所示 表 2 1 X70 管線鋼的主要化學(xué)成分 質(zhì)量分?jǐn)?shù) CMnSiVTiSPNb 0 0551 620 220 0300 0090 0020 0130 070 2 2 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法方法 2 2 1 焊后熱處理焊后熱處理 實(shí)驗(yàn)的第一步是取材 從實(shí)驗(yàn)室取得已經(jīng)焊好的 X70 管線鋼焊接接頭材料 用 電火花線切割機(jī)在焊縫周圍切取三塊材料 選取兩塊材料進(jìn)行不同工藝的焊后熱處 理 另外留取一組試樣作為空白對(duì)照試樣 將不進(jìn)行焊后熱處理的材料和進(jìn)行焊后 熱處理的材料做好標(biāo)記 不進(jìn)行焊后熱處理的試樣定為試樣 1 580 回火焊后熱處 理的試樣定為試樣 2 630 回火溫度焊后熱處理的試樣定為試樣 3 隨后進(jìn)行焊后 熱處理 采用高溫回火工藝 高溫回火的溫度應(yīng)大于 500 而焊后熱處理回火溫 度應(yīng)低于管線鋼原有回火溫度 16 所以溫度選擇在 500 650 之間 本實(shí)驗(yàn)溫度 分別為 580 和 630 焊后熱處理參數(shù)如表 2 2 所示 表 2 2 焊后熱處理參數(shù) 試樣 2試樣 3 加熱方式電爐加熱電爐加熱 冷卻方式空冷空冷 回火溫度 T 580 630 保溫時(shí)間 H h1 h1 h 裝爐溫度 T 400 400 出爐溫度 T 400 400 按照現(xiàn)行的國內(nèi)外工藝要求 可知電爐加熱滿足要求 所以采用電爐加熱 在 金屬熱處理實(shí)驗(yàn)室 應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀電爐安全操作規(guī)范下進(jìn)行焊后熱處理實(shí)驗(yàn) 設(shè)定 電爐溫度 隨后進(jìn)行加熱 按 ASME 標(biāo)準(zhǔn)要求裝爐和出爐溫度 17 不高于 400 所 焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 5 以接近 400 時(shí)就要用鐵嵌將樣品夾到電爐的中央 繼續(xù)加熱到設(shè)定溫度時(shí) 保溫 時(shí)間 18 H 定為一個(gè)小時(shí) 保溫一個(gè)小時(shí)后 由于冷卻不能過快 19 所以采用空冷 切斷電源進(jìn)行隨爐空冷 冷至 400 時(shí)用鐵鉗夾出 放置通風(fēng)處冷卻即可 2 2 2 金相金相實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 用電火花線切割機(jī)在試樣 1 試樣 2 及試樣 3 中各切取一定面積的試塊 作為金 相試樣 金相試樣的制備 用 1 到 5 金相砂紙逐級(jí)打磨經(jīng)焊后熱處理的試樣 然后對(duì)其 進(jìn)行拋光處理 處理完后再使用濃度為 5 的硝酸酒精對(duì)其表面浸蝕 8 12s 接著 用自來水清洗 隨后用電吹風(fēng)吹干 金相試樣制備工作結(jié)束后 使用放大 700 倍左右的 XJG 05 型大型金相顯微鏡對(duì) 其進(jìn)行仔細(xì)觀察 其中焊縫和熱影響區(qū)的測點(diǎn)間距約為 5mm 母材處為 15mm 金 相觀察結(jié)果見圖 3 1 圖 3 2 及圖 3 3 2 2 3 拉伸拉伸試驗(yàn)試驗(yàn) 用電火花線切割機(jī)在試樣 1 試樣 2 及試樣 3 中各切取拉伸試塊 室溫拉伸試樣的制備 按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB T 228 2002 在機(jī)械加工廠中加工出如 下的室溫拉伸試樣 圓形拉伸試樣加工圖樣如圖 2 1 所示 圖 2 1 拉伸試樣加工圖樣 室溫拉伸試樣制備好后 先將拉伸試樣裝卡在萬能材料拉伸機(jī)的夾頭上 打開 自動(dòng)控制和記錄試驗(yàn)過程的電腦 把標(biāo)距 直徑 日期及各參數(shù)設(shè)置好 按下開始 鍵 開始在試樣兩端緩慢地施加載荷 使試樣的工作部分受軸向拉伸載荷沿軸向伸 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 長至拉斷 得到拉伸曲線 力學(xué)性能指標(biāo)及斷口形貌 2 2 4 腐蝕腐蝕實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 用電火花線切割機(jī)在試樣 1 試樣 2 及試樣 3 中各切取腐蝕試塊一個(gè) 均勻腐蝕試樣的制備 長度為 20 毫米 寬度為 15 毫米 厚度為 3 毫米 按照 這樣的標(biāo)準(zhǔn)在線切割機(jī)上從焊縫上部掏取 接著用 1 到 3 金相砂紙逐級(jí)打磨 隨后 用丙酮除油 無水乙醇除水 在吹風(fēng)機(jī)下吹干 對(duì)腐蝕試樣再次進(jìn)行尺寸測量并用 AR2140 型電子分析天平稱取初始重量 接著將腐蝕試樣用細(xì)線綁著 另一端細(xì)線 綁在木條上 把綁好的試樣放進(jìn)溶液里 處于全浸位置 并要使試樣處于同一水平 線 將燒杯放置在干凈無塵的地方腐蝕六天 相應(yīng)的腐蝕溶液配置方法是 在電子分析天平上稱取 5 克的無水硫酸鎂 31 克 的工業(yè)氯化鈉 將稱取的藥品放入 500 毫升的燒杯中 加水溶解并用玻璃杯不斷攪 拌至 300 毫升 接著將 300 毫升的溶液分裝到三個(gè) 500 毫升的燒杯中 隨后每個(gè)燒 杯都繼續(xù)加水至 333 毫升 海水腐蝕溶液配置如表 2 3 所示 表 2 3 鹽度為 35 海水腐蝕溶液配方 物質(zhì)氯化鈉無水硫酸鎂純水 用量31g5g1000g 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后 取出試塊 用水和無水乙醇沖洗試樣表面 用吹風(fēng)機(jī)吹干 然后 對(duì)試塊進(jìn)行去膜處理 去膜溶液的配方如表 2 4 所示 表 2 4 去膜溶液配方 物質(zhì)硫酸六次甲基四胺 用量15ml L10g L 去膜時(shí)應(yīng)當(dāng)將試塊表面的腐蝕產(chǎn)物膜層清洗干凈 以免對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差 去膜后的試塊用水和無水乙醇沖洗 用吹風(fēng)機(jī)吹干后 用分析天平稱量掛片后試塊 質(zhì)量 計(jì)算每個(gè)試塊腐蝕前后的質(zhì)量差 m X70 管線鋼作為 西氣東輸 工程選用的鋼材 提高其耐蝕性具有很客觀的價(jià) 值 本文通過均勻腐蝕試驗(yàn)來分析焊后熱處理對(duì) X70 管線鋼接頭耐蝕性的影響 并 且采用均勻腐蝕的重量指標(biāo)和深度指標(biāo)來反映焊后熱處理對(duì) X70 管線鋼接頭耐蝕性 的影響 腐蝕速率結(jié)果使用重量指標(biāo)和深度指標(biāo)表示 用下面這一公式計(jì)算腐蝕速率 焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 7 tS m V 2 1 式中 V 平均腐蝕速度 g 2 m a S 式樣暴露在腐蝕環(huán)境中的面積 2 m t 腐蝕時(shí)間 a m 腐蝕前后的質(zhì)量差 g 2 2 式中 L V 腐蝕的深度指標(biāo) amm 金屬的密度 3 cmg 76 8 V VL 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 3 1 金相實(shí)驗(yàn)結(jié)果金相實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖 3 1 3 2 3 3 分別是試樣的焊縫組織 母材組織及熱影響區(qū)組織 a 試樣 1 b 試樣 2 c 試樣 3 圖 3 1 試樣焊縫組織 700 a 試樣 1 b 試樣 2 c 試樣 3 圖 3 2 試樣母材組織 700 a 試樣 1 b 試樣 2 c 試樣 3 圖 3 3 試樣熱影區(qū)組織 700 從圖 3 1 圖 3 2 及圖 3 3 可知 不同狀態(tài)的 X70 管線鋼在不同部位的微觀組織 由于管線鋼碳含量為 0 055 屬于亞析鋼 20 應(yīng)該由鐵素體和珠光體組成 而高溫 焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 9 回火將得到回火索氏體 回火索氏體是由滲碳體和鐵素體組成 其中滲碳體全部為 球粒狀 較粗 21 同樣在金相顯微鏡下 X70 管線鋼母材的微觀組織也證實(shí)焊后熱處 理對(duì)組織的影響 22 3 2 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)結(jié)果結(jié)果 由拉伸試驗(yàn)得到的拉伸曲線如圖 3 4 所示 0200040006000800010000 0 100 200 300 400 Y X B 0200040006000800010000 0 100 200 300 400 500 Y X B a 試樣 1 b 試樣 2 0200040006000800010000 0 100 200 300 400 Y X B c 試樣 3 圖 3 4 拉伸曲線 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 拉伸曲線是圓形拉伸試樣在試驗(yàn)機(jī)下縱向拉伸所產(chǎn)生的 從圖 3 4 可知 X70 管 線鋼焊接試樣具有連續(xù)屈服特征 無明顯的屈服平臺(tái) 具有非常高的延伸率 屬于 彈性 均勻塑性型 由拉伸試驗(yàn)得到的基本力學(xué)性能指標(biāo)如表 3 1 所示 表 3 1 基本力學(xué)性能指標(biāo) 抗拉強(qiáng)度 MPa 屈服強(qiáng)度 MPa 斷后伸長率 試樣 150540524 5 試樣 253520525 試樣 352552025 5 試驗(yàn)過程中得到了相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo) 由表 3 1 可知 抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 延伸率都有一定的變化規(guī)律 由拉伸試驗(yàn)得到的斷口在體式顯微鏡下觀察的形貌如圖 3 5 所示 a 試樣 1 b 試樣 2 焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 11 c 試樣 3 圖 3 5 拉伸試樣斷口形貌 試樣拉斷后具有杯錐狀斷口 如圖 3 5 所示 斷口形貌都呈暗灰色 纖維狀 可 知是典型的韌性斷裂 從微觀上可以看出斷口由纖維區(qū) 放射區(qū) 剪切唇組成 3 3 腐蝕實(shí)驗(yàn)腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果 依照 2 2 4 做失重實(shí)驗(yàn) 可以得到不同焊后熱處理下試樣的腐蝕結(jié)果如表 3 2 表 3 2 腐蝕參數(shù)及結(jié)果 腐蝕前重量 g 腐蝕后重量 g 腐蝕面積 mm2 腐蝕時(shí)間 h 試樣 16 75126 7378294 0144 試樣 26 82276 8104296 5144 試樣 36 77416 7628296 0144 按照公式 2 1 及公式 2 2 計(jì)算出不同焊后熱處理下試樣的重量指標(biāo)及深度指標(biāo) 如表 3 3 表 3 3 指標(biāo)數(shù)據(jù) 7 8g cm3 試樣 1試樣 2試樣 3 重量指標(biāo) g 2 m a0 002770 002520 00232 深度指標(biāo) mm a0 003110 002830 00261 腐蝕后可以清楚地看到 試樣在模擬海水腐蝕條件下呈現(xiàn)很明顯的均勻腐蝕 從表中可以看出 西氣東輸 大量使用的 X70 管線鋼在海水腐蝕條件的腐蝕速率并 不大 這也充分說明針狀鐵素體組織的有效作用 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 3 4 分析與分析與討論討論 由圖 3 1 圖 3 2 及圖 3 3 可知 試樣 1 的焊縫由針狀鐵素體和板狀貝氏體組成 試樣 1 的母材由細(xì)小的針狀鐵素體 少量多邊形鐵素體和珠光體組成 試樣 1 的熱 影區(qū)由極細(xì)小而均勻的鐵素體和珠光體組成 由圖 3 1 同圖 3 2 及圖 3 3 的比較可知 經(jīng)過焊后熱處理后 試樣 1 的焊縫 鐵素體多變形化 滲碳體聚集球化 試樣 1 的 母材沒有明顯的差別 但是組織得到了細(xì)化 鐵素體略微增加 試樣 1 的鐵素體發(fā) 生再結(jié)晶并且更加均勻分布 滲碳體聚集球化 組織更加細(xì)化 由圖 3 2 同圖 3 3 的 比較可知 焊縫 c 較焊縫 b 鐵素體更加多變形化 分布更加均勻 組織細(xì)化 母材 c 較母材 b 組織更加細(xì)化 鐵素體增加 熱影區(qū) c 較熱影區(qū) b 鐵素體略微增加 組 織進(jìn)一步細(xì)化 從圖 3 4 的比較可知 a 較 b c 在縱向坐標(biāo)上都有所升高 說明 b c 較 a 在 抗拉強(qiáng)度上得到了提高 a 較 b c 在橫向坐標(biāo)上都有所伸長 說明 b c 較 a 伸 長率有所增加 經(jīng)過焊后熱處理的試樣 不同的回火溫度也存在差別 縱向坐標(biāo)上 c 較 b 最高值有所降低 說明回火溫度的提高降低了試樣的抗拉強(qiáng)度 橫向坐標(biāo)上 c 較 b 最大值有略微的加大 說明隨回火溫度的升高 試樣的伸長率增大 由表 3 1 可以看到只有斷后伸長率是成一定規(guī)律的變化的 這是由于焊接過程中陡的溫度梯 度所帶來的殘余應(yīng)力引起的 因此這里只討論經(jīng)過焊后熱處理消除殘余應(yīng)力的試樣 其力學(xué)性能指標(biāo)變化 從表 3 1 可以看到試樣 3 的抗拉強(qiáng)度較試樣 2 的要小 即試 樣抗拉強(qiáng)度隨著焊后熱處理回火溫度的提高而降低 試樣 3 的屈服強(qiáng)度較試樣 2 的 要高很多 即試樣屈服強(qiáng)度隨著焊后熱處理回火溫度的提高而升高 試樣 3 的斷后 伸長率較試樣 2 的略微提高 即試樣斷后伸長率隨著焊后熱處理回火溫度的提高而 升高 從圖 3 5 的比較可知 a 較 b c 纖維區(qū)更大而放射區(qū)更小 說明經(jīng)過焊后 熱處理后 b c 的塑韌性得到提高 b 與 c 差別 表現(xiàn)為 c 斷口的纖維區(qū)較 b 斷口 增大而放射區(qū)減小 說明回火溫度越高試樣所具有的塑韌性就越高 從表 3 2 及表 3 3 可知 a 重量指標(biāo)是 0 00277g 2 m a 深度指標(biāo)是 0 00311mm a 分別都高于 b 與 c b 與 c 的重量指標(biāo)和深度指標(biāo)也存在差別 b 的重 量指標(biāo)和深度指標(biāo)是 0 00252g 2 m a 和 0 00283mm a 分別高于 c 的 0 00232g 2 m a 和 0 00261 mm a 綜上所述 焊后熱處理能夠細(xì)化組織 生成更加利于提高材料強(qiáng)韌性的組織 而且隨著回火溫度的提高這種效果將進(jìn)一步的改善 這種結(jié)論在拉伸試驗(yàn)中得到了 驗(yàn)證 焊后熱處理后材料屈服強(qiáng)度及塑韌性都升高 并且隨著回火溫度的升高屈服 焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 13 強(qiáng)度及塑韌性也升高 焊后熱處理后抗拉強(qiáng)度變大 然而回火溫度的提高抗拉強(qiáng)度 卻降低 因?yàn)楹负鬅崽幚砀纳屏瞬牧系慕M織 使得試樣在鹽度為 35 的海水腐蝕溶液 下耐蝕性得到了提高 并且隨著焊后熱處理回火溫度的提高 耐蝕性相應(yīng)提高 4 結(jié)論結(jié)論 本文采用 X70 管線鋼接頭作為研究材料 探討焊后熱處理對(duì)該材料組織和耐蝕 性的影響 設(shè)置一組材料作為空白試樣不進(jìn)行焊后熱處理 另外兩組材料進(jìn)行不同 回火溫度的焊后熱處理 其中 對(duì)于探討焊后熱處理對(duì)材料組織的影響 本文采用 金相分析的方法 并且進(jìn)行拉伸試驗(yàn)進(jìn)一步來驗(yàn)證 對(duì)于探討焊后熱處理對(duì)材料耐 蝕性的影響 本文采用失重法來分析 從上述三種試驗(yàn)結(jié)果分析得到 1 從金相顯微組織觀察分析可知 焊后熱處理細(xì)化了組織 使材料強(qiáng)韌性組 織增加 并且隨焊后熱處理中回火溫度的提高 這種效果進(jìn)一步的完善 2 拉伸試驗(yàn)的結(jié)果表明 焊后熱處理提高了材料的強(qiáng)韌性 而隨著回火溫度 的提高 材料的強(qiáng)韌性略微的得到改善 驗(yàn)證了結(jié)論 1 的正確性 3 從失重法結(jié)果分析表明 焊后熱處理提高了材料的耐蝕性 并且隨焊后熱 處理中回火溫度的升高而升高 4 綜上分析可以發(fā)現(xiàn) 焊后熱處理可改善焊接接頭的強(qiáng)韌性 組織 并能有 效地提高其耐蝕性 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 謝辭謝辭 本文是在導(dǎo)師張德芬老師的精心指導(dǎo)下完成的 導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí) 活躍的學(xué)術(shù) 思想 豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使學(xué)生受益非淺 作者對(duì)導(dǎo)師表示衷心的 感謝 本文相關(guān)資料的查詢得到范舟老師的熱情指導(dǎo) 實(shí)驗(yàn)的完成過程得到陳孝文老 師 易峰老師和武斌老師的大力幫助 使得本文得以順利完成 作者在此表示誠摯 的謝意 實(shí)驗(yàn)室的各位同學(xué)在本文完成過程中也給予作者大力幫助 在此深表感謝 并 感謝西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的各位老師和同學(xué)對(duì)我的關(guān)心和支持 感謝 家人和朋友對(duì)我的關(guān)心和支持 最后向百忙之中抽出時(shí)間和精力評(píng)閱本文的老師表示感謝 焊后熱處理對(duì) X70 鋼接頭組織和耐蝕性影響 15 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 西