• / 31
  • 下载费用:2 下载币  

油气管道焊接及材料研究 俊辉

关 键 词:
油气 管道 焊接 材料 研究 俊辉
资源描述:
油气管道焊接及材料研究I摘 要在长输管道工程施工中的关键是焊接过程,长输管道工程的施工质量好坏与焊接过程的质量控制是密不可分。本文从施工人员、焊接环境、焊接设备和仪器工具、材料与焊材、焊接工艺、焊接检验检测和焊缝返修七个方面分析长输管道焊接过程的质量控制要点,以确保压力管道工程施工质量。主要内容包括管道工程的发展趋势及其对管线钢的要求,其中介绍管线现状的大口径、长距离、高压输送以及环境对其要求。再介绍了管道焊接技术,接下来是管线用钢包括管线用钢的发展与趋势、管线钢的合金化及显微组织,并介绍了常用管线钢。比较重要的管道焊接方法及工艺:焊条电弧焊、埋弧焊熔化极气体保护焊、自保焊等。不仅有具体焊接的方法与此同时讲述了什么情况选择什么样的焊接工艺。最后介绍了部分接头对接工艺,与管道焊接还修工艺。关键词:管道焊接方法;工艺;安装;材料西南石油大学毕业论文IIAbstractIn the long distance pipeline engineering construction of the key is welding process, long distance pipeline engineering construction quality stand or fall of the welding process and quality control are inseparable. This paper, from the construction personnel, welding environment, welding equipment and instrument tools, materials and welding material, welding technology, welding inspection detection and weld repair seven aspects pipelines analysis of the welding process quality control points, to ensure that the pressure pipeline engineering construction quality.The main contents include the development trend and the pipeline engineering to the requirements of pipeline steel, which introduces the current situation of the pipeline of large diameter, long distance, the movement and high pressure on the environment requirements. Then introduced the pipe welding technology, then the pipeline steel including pipeline steel development and trend, pipeline steel alloying and the microstructure, and introduces some common pipeline steel. The more important of pipe welding method and process: electric arc welding and welding rod submerged arc welding, and gas protection melting extremely self-preservation welding etc. Not only has the specific method of welding and at the same time about what circumstance to choose what kind of welding process. At last, the part of the joint docking process and fix pipe welding process were introduced in the paper.Keywords: pipe welding methods; Technology; installation; materials油气管道焊接及材料研究III目 录摘 要 .........................................................................................................................................IAbstract ......................................................................................................................................II1 绪论.........................................................................................................................................11.1 管道焊接的现状 .........................................................................................................11.2 管道工程的发展趋势及其对管线钢的要求 .............................................................31.2.1 大口径、长距离、高压输送 .......................................................................31.2.2 高寒和腐蚀的服役环境 ...............................................................................31.2.3 海底管线的厚壁化 .......................................................................................41.3 管线用钢 .....................................................................................................................41.3.1 管线钢概述 ...................................................................................................51.3.2 管线钢的合金化及显微组织 .......................................................................61.3.3 管线钢的发展趋势 .......................................................................................82 管道焊接方法.......................................................................................................................132.1 管道焊接常用电弧焊方法介绍 ...............................................................................132.1.1 管道焊接方法分类 .....................................................................................132.1.2 管道常用焊接方法介绍 .............................................................................132.2 管线安装焊接方法选择 ...........................................................................................192.2.1 选择依据 .....................................................................................................192.2.2 焊接方法选择原则 .....................................................................................203 管道焊接工艺.......................................................................................................................223.1 主干线焊接工艺 .......................................................................................................223.1.1 全纤维素型焊条电弧焊工艺 .....................................................................223.1.2 纤维素型焊条根焊+低氮型焊条电弧焊工艺 ...........................................223.1.3 自保护药芯焊丝半自动焊工艺 .................................................................223.1.4 自动焊工艺 .................................................................................................233.2 连头焊接工艺 ...........................................................................................................243.2.1 纤维素型焊条根焊+低氢型焊条电弧焊工艺 ...........................................253.2.2 纤维素型焊条根焊+自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺 .......................253.3 返修焊接工艺 ...........................................................................................................25西南石油大学毕业论文IV3.3.1 纤维素型焊条根焊+低氢型焊条电弧焊工艺 ...........................................253.3.2 纤维素型焊条根焊+自保护药芯焊丝半自动焊填盖工艺 .......................25结 论.......................................................................................................................................26参考文献...................................................................................................................................27油气管道焊接及材料研究11 绪论1.1 管道焊接的现状焊接施工是长输管道建设过程中重要的工艺之一,它制约着管道建设的质量和效率。随着石油及天然气资源的开发,管线钢的级别、性能的提高,焊接材料、焊接技术也随之提高和发展。我国钢质管道环缝焊接技术经历了几次大的变革:(1) 20 世纪 70 年代采用传统焊接方法,低氢型焊条电弧焊上向焊接工艺特点:管口组对间隙较大,根焊过程采用熄弧操作方法,焊层厚度大,焊接效率和焊接质量低。目前这种工艺方法在管线焊接中已经基本不用,但是在小口径管线建设和站场焊接中的填充、盖面以及管线的返修和维修时会用到。(2) 20 世纪 70 年代开始采用氢弧焊工艺特点:焊接质量优异,焊后管道内较为洁净,但由于其焊接速度较慢,抗风能力差,不适宜在大口径的长输管道建设中应用,而适宜在固定场所的站场建设中使用;另外在一些小口径管线中用于打底焊。(3) 20 世纪 80 年代管道局引进的欧美的手工下向焊工艺,并逐步推广到大部分施工企业,主要为纤维素型焊条和低氢型焊条下向焊: ① 纤维素下向焊纤维素下向焊接的显著特点是,根焊适应性强,根焊速度快,工人容易掌握,焊接质量好,射线探伤合格率高,普遍用于混合焊接工艺的根焊。该工艺的另一特点是,有较大的熔透能力和优异的填充间隙性能,对管子的对口间隙要求不很严格,焊缝背面成形好,气孔敏感性小,容易获得高质量的焊缝。但由于焊条熔敷金属扩散氢含量高,焊接时应注意预热温度和层间温度的控制,以防止冷裂纹的产生。纤维素下向焊是目前主线路工程中主要的根焊方法。② 低氢下向焊低氢下向焊接的显著特点是,焊缝质量好,适合于焊接较为重要的部件;焊接过程采用大电流、多层、快速焊的操作方法来完成,焊层的厚度薄,焊接效率高;但工人掌握的难度较大,根焊适应性较纤维素焊条差,焊接合格率难以保证,多用来进行填充盖面焊接。它主要应用于半自动焊和自动焊难以展开的地形中施工以及管线接头的施焊。(4) 20 世纪 90 年代管道局从美国引进了自保护半自动焊设备和工艺西南石油大学毕业论文2该工艺于 1995 年首次在突尼斯工程中应用,在以后的库都线、都乌线、苏丹工程及涩宁兰、兰成渝、西气东输等管道工程中成为主要的焊接方法。其焊接合格率按焊口统计,可以达到 95%以上。其优点是连续送丝、生产效率高、焊接质量好,特别是自保护药芯焊丝的焊接工艺性能优良,电弧稳定,成形美观,能实现全位置(下向)焊接,抗风能力强,尤其适宜于野外施工。它是目前管道焊接施工的主要方法。自保护药芯焊丝以其特有的优越性在长输管道中广泛应用,全位置操作性能好,熔敷速度快,同时焊缝金属韧性好,但焊缝金属在焊态下粗大的柱状晶组织的出现,使得其焊缝金属冲击韧性在焊态与热处理之间,多层焊和单道焊之间有很大的差别。因此采用自保护焊丝焊接时,应严格控制焊接工艺参数、热输入量、焊接道次以及每道焊层的厚度等。(5) 20 世纪 90 年代管道局从美国引进 STT 根焊技术STT 焊机是通过表面张力控制熔滴短路过渡的。STT 焊接工艺焊接过程稳定(焊丝伸出长度变化影响小),以柔和的电弧显著地降低了飞溅,减轻了焊工的工作强度。良好的焊缝背面成形、焊后不用清渣及使用纯 C 仇气体和实心焊丝为主要特点,其根焊质量和根焊速度都优于纤维素型焊条,是根焊的优良焊接方法。但这种焊接方法设备投资大,焊接要求严格。由于 STT 焊是气体保护焊,一般焊接环境的风力不得超过2m/s,在野外施工应有防风设施。(6) 自动焊工艺随着我国管道建设高峰期的到来,增大管道的直径,在一定范围内提高管道输送压力已成为管道建设的科学技术进步的标志。管道建设用钢管强度等级的提高,管径和壁厚的增大,管道运行压力的增大,这些都对管道环焊接头的性能提出更高的要求,这就需要研发高质量的焊接材料和高效率的焊接方法与之匹配。借助于机械和电气的方法使整个焊接过程实现自动化,即为自动焊。管道自动焊工艺具有焊接效率高、劳动强度小、焊接过程受人为因素影响小等优势,在大口径、厚壁管道建设中具有很大潜力。自动焊的主要优点是:焊接质量高而稳定;焊接速度快;经济性好;对于焊工的操作水平要求低。自动焊的种类很多,目前用于现场比较成熟的自动焊技术主要有如下三种:1) 实心焊丝气体保护自动焊接技术;2) 药芯焊丝自动焊接技术;3) 电阻闪光对接焊接技术。油气管道焊接及材料研究31.2 管道工程的发展趋势及其对管线钢的要求铁路、公路、航空、水运与管道运输统称为五大运输业。据专家测算,管道运输是最为经济、简单的一种运输方式,特别是对于石油、天然气等流体来说更为有效,其特点是经济、安全和不间断。由于管道运输的有效性,目前它还作为煤、矿浆和其他固体物质的重要输送手段。根据有关方面测算,从现在到 2010 年,世界能源需求量将以每年 4%的速度递增,石油产量可达 47. 5 x l O8 t/a,天然气产量可达 3300 x 108m3/a。由于管线运输具有运量大、距离长、成本低、安全性高等优点,因此,管道运输业在国际上得到迅速的发展。目前全世界石油、天然气管道的总长度已超过 230 x 100 km,并以每年 3%的速度增加,全世界将建设数百条油气长输管线。石油工业的巨大市场有力地促进了管线钢、焊接材料、焊接工艺及焊接设备的发展。从最初的工业管道至今,油气管线建设经历了一个多世纪的发展。早期建设的管线,离中心城市较近,地理环境和社会依托条件都较优越。如今新发现的油田大都在边远地区或地理条件恶劣的地带,如美国的普鲁德霍湾、欧洲的北海油田、俄罗斯的西伯利亚以及我国的西部油田等。随着海上油田、极地油气田的开发,对新时期的管道建设提出了更高的要求。目前管道工程的发展趋势有如下特点:1.2.1 大口径、长距离、高压输送由建立在流体力学基础上的设计计算可知,原油管道单位时间输送量与输送压力梯度的平方根成正比,与管道直径的平方成正比。因此加大管道直径、提高管道工作压力是提高管道输送量的有力措施和油气管线的基本发展方向。随着输气管道输送压力的提高,输送用钢管也相应地迅速向高钢级发展,从 X52,X60,X65 到 X70,甚至更高级别。高压输送和采用高钢级钢管,可使管道建设成本大大降低,并且管道建成以后,管道运营的经济效益更加丰厚。根据加拿大的统计分析,钢管每提高一个级别,就可减少建设成本 7%。但由于作用在管壁上的应力与钢管直径和内压成正比,因此管径和内压的增加要求壁厚和钢的强度增大。而壁厚和钢的强度级别的增大,管线钢出现断裂的概率也就增加。因此,要求管线钢必须具有高的韧性储备。1.2.2 高寒和腐蚀的服役环境由于全世界对能源的需求不断增加,人们正在偏远地区寻找和开发新的油田。与此相配套的管道多是在气候恶劣、人烟稀少、地质地貌条件极其复杂的地区建设,如美国横穿阿拉斯加的管道,途经冻土地区,气温最低可达-70 ℃;前苏联 1985 年所建的西西伯利亚一中央输气管线,途经常年冻土区,气温最低可达一 63℃,积雪 70-西南石油大学毕业论文490cm,在全长 4451 km 的线路中,有 959km 通过沼泽,794km 通过水障碍;我国建设的西气东输管线,沿途要经过大片沙漠、戈壁高原、碱滩和沼泽地、地震活动断层和大落差地带。一些地区昼夜温差变化最大可达 309C,冬季最低温度一 34℃,夏季地表最高温度可达 70-80℃。这些严酷的地域、气候条件不但给长输管线的施工造成困难,而且对管线钢的性能,尤其是管线钢的低温韧性和韧脆转变特性提出了更高的要求。1.2.3 海底管线的厚壁化目前油气产量中有 20%的原油和 5%的天然气来源于近海。海底管线与陆地管线的服役条件有很大差异。海底管线经受自重、管内介质、设计压力、管外水压等工作载荷以及风、浪、流、冰和地震等环境载荷的作用,要求钢管具有足够的 tlD 值(:为管壁厚,D 为管径)。因此,高压、小直径和厚壁化已经成为近海管线的特点。为了适应管道工程的发展趋势,保证管线建设和运行的经济性和安全性,对管道和管线钢的质量参数提出了更高的要求,同时,也推动了焊接材料、焊接技术的发展。近几年来,随着经济的发展和国际形势的不断变幻,国际油价居高不下,我国在增大开发国内能源基础上,更多地引进国际油气能源,油气并举。西气东输管道工程是“十五”期间国家规划的特大型基础建设项目,管道横贯我国东西,主干管道全长3900 公里左右,输气规模为年输商品气 120xlOg 时,输送压力为 10. OMPa,管径为1016mm,全线采用 X70 级的管道输送钢管,是我国距离最长、口径最大、站场最多、高压力、多级加压、采用先进钢材的世界级的天然气干线管道。西气东输工程已经成为西部大开发的当之无愧的标志性工程,成为我国石油天然气工业发展史上的一座重要里程碑,西气东输工程将作为我国进入新世纪后的第一个重大建设项目而载人史册。西气东输的建成,极大缓和了沿线城市尤其是长江三角洲地区的能源需求,而国内用户认识到洁净能源的优势,对天然气的需求也越来越大;陕京复线、济青联络线、中哈管线、中俄管线、西部管线、广东 LNG、福建 LNG,川气东送等工程加快了我国的基础能源的建设,又一轮管线建设高潮即将到来。1.3 管线用钢管道运输是一种大规模而经济的石油天然气的输送方式,全世界已经建设数百条油气长输管线,石油工业的巨大市场有力地促进了管线钢的发展。管线钢发展的动力还来源于管道工程对钢材提出的日趋严格的要求。目前管道工程的发展趋势是大口径、高压输送、海底管道的厚壁化以及高寒和腐蚀的服役环境,油气管道焊接及材料研究5因此不仅要求管线钢具有高的强度,而且要求应有良好的韧性、疲劳性能、抗断裂特性和耐腐蚀性,同时还要求力学性能的改善不应当恶化钢的焊接性和加工性能。近几十年来,管线钢已成为低合金高强钢和微合金控轧钢领域内最具研究成果的重要分支。1.3.1 管线钢概述管线钢是一种微合金控轧钢,用于制造石油、天然气输送管道及容器。因此,管线钢的发展历程实际上反映了微合金控轧技术的发展历程。控轧技术就是通过控制热轧钢材的形变温度、形变量、形变道次、轧制温度等参数来改善钢材性能的轧制工艺。早在 20 世纪 20 年代中期就有人发现,通过降低最终热加工的变形温度可使 a 晶粒细化,从而提高轧制产品的力学性能。然而由于低温轧制的轧制负荷使一般轧机难以承受,因而很长时间以来该工艺一直未在工业上得到实际应用。20 世纪 40 年代之前,管线用钢只是普通的碳钢。二战之后,由于钢铁冶炼技术的进步,脱氧、提高碳锰比等措施的使用,使钢的性能有了很大提高。到了 50 年代采用控轧工艺生产出的 352MPa级别的 C-Mn 钢是世界上首次采用形变热处理工艺进行的商业生产。1960 年,Great Lakes Steel 第一次生产含 Nb 的 X60 级热轧钢。管线钢的开发研制得到突破性进展是在 20 世纪 60 年代中期以后。这一时期通过对钢进行控轧处理,使钢板的综合性能得到大幅度提高。60 年代中期,西欧尤其是英国钢铁协会对在钢中加人 Nb、V 等元素以提高钢的强度,改善其韧性和焊接性,以及对奥氏体再结晶状态的影响展开了一系列的研究工作。前苏联、美国也先后展开了钢的形变热处理工艺和理论的研究工作。这些工作都为微合金控轧理论提供了新的内容。随着控轧工艺的发展,其内容也不断充实和发展。目前,管线钢控轧工艺分为三种类型,即再结晶型、非再结晶型和(y ++)两相区控轧。控制轧制的内容主要包括控制加热,调整形变温度、形变量、形变间歇停留时间、终轧温度以及轧后冷却等。目的就是通过控制轧制参数,使钢材形成具有发达亚结构的细晶组织,获得高强度、高韧性以及优良的焊接性能。 20 世纪 70 年代微合金控轧技术得到了广泛应用。轧制工艺的优化、炼钢工艺的改进以及计算机控制技术都大大提高了管线钢的综合性能,生产出了 X70 级管线钢。80年代,管线钢控制轧制工艺后引人加速冷却技术,能在不损害韧性的前提下进一步提高钢的强度。加速冷却可以降低 γ→α。的转变温度,增加。的形核率,同时阻止或延缓碳、氮化合物的过早析出,从而生成弥散的析出物,细化晶粒,改善钢的强韧性。常用的加速冷却方式有两种:间断式加速冷却(轧后水冷至 600℃-400℃然后空冷)和连西南石油大学毕业论文6续式加速冷却(轧后水冷至室温)。采用控轧及轧后加速冷却技术生产出了 X$O,X100 级的管线钢。1.3.2 管线钢的合金化及显微组织管线钢作为一种微合金控轧钢,除在控轧技术的发展外,在合金化研究方面,也在不断进步。降碳的同时,加大对微合金化元素 Nb, V 等的研究试验,以提高钢的强度,改善其韧性和焊接性。不同的成分、轧制工艺、冷却速度,将形成不同的显微组织。1、碳(C)早期的管线钢是以抗拉强度为依据来设计的,而强度通常由含碳量获得。由于焊接作为一种主要生产工艺被引入,焊接性成为对管线钢的最基本要求。同时由于极地管线和海洋管线的发展,要求不断改善钢的低温韧性、断裂抗力,从而导致含碳量逐渐降低。实际生产中,管线钢的含碳量远低于 API 标准所要求的最大含碳量的规定,通常采用 0. 1%或更低含碳量的钢来控制,甚至保持在 0.O1%-0.04%的超低碳水平。微合金化和控轧控冷等技术的发展,使得管线钢在碳含量降低的同时保持高的强韧性。最新冶炼技术的发展,已经为工业生产超低碳钢提供了技术与物质条件。2、锰(Mn)减少钢中的含碳量使屈服强度下降,可以很容易地通过其他强化机制的应用予以补偿。其中最常用的是在降碳的同时,以锰代碳。目前锰作为管线钢中的主要元素而被采用,这是因为锰的加入引起固溶强化。锰还能降低钢的 γ~α。的相变温度,而相变温度的降低对 a 的晶粒尺寸具有细化作用,同时可改善相变后的微观组织。研究表明,添加 1.0%-1.5%的锰使 γ~α。相变温度下降 5090,其结果使铁素体晶粒尺寸细化,保持多边形铁素体基体。当含锰量提高至 1.5%-2.0%时,可进一步降低相变温度,甚至可以获得针状铁素体。锰在提高强度的同时,还提高钢的韧性,降低钢的韧脆转变温度。由于加大锰含量会加速控轧钢板的中心偏析,因此一般而言,根据管线钢板厚度和强度的不同要求,钢中锰的添加范围一般为 1%~2.0%。3、硅(Si)硅是钢中的有益元素,硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用,显著提高钢的强度和韧性,经常与锰一起提高钢的强度和韧性。但硅含量较高时,将使钢的塑性和韧性下降,过低时同样对韧性不利,一般硅含量在 0.10%-0.25%,锰在 0.8%-1.0%时,冲击韧性最佳。单纯依靠锰、硅提高焊缝韧性是有限的,必须加入其他微合金化元素来改变组织,提高韧性。油气管道焊接及材料研究74、微合金化元素一般而言,在钢中质量分数为 0.l%左右,而对钢的微观组织和性能又有显著或特殊影响的合金元素,称为微合金元素,在管线钢中,主要指 Nb、V、Ti 等强烈碳化物形成元素。微合金元素 Nb、V、Ti 在管线钢中的作用与这些元素的碳化物、氮化物和这些碳化物、氮化物的溶解和析出行为有关。微合金元素 Nb、V、Ti 的作用之一是阻止奥氏体晶粒的长大,在控轧再热过程中,未溶的微合金碳化物、氮化物将通过质点钉扎晶界的作用阻止奥氏体晶粒的粗化过程。Nb、Ti 可明显抑制 Y 晶粒长大,V 的作用较弱。N 玩 V , Ti 的另一作用是在轧制钢板时延迟 Y 的再结晶。控轧过程中应变诱导沉淀析出的微合金碳化物、氮化物可通过质点钉扎晶界的作用而显著地阻止形变 7 的再结晶,从而通过由未再结晶 y 发生的相变而获得细小的相变组织。通过试验证明,Nb具有明显的延迟 Y 再结晶的作用,Ti 次之,V 只有在含量较高时才有效。微合金元素 Nb、V、Ti 除了上述细化晶粒的作用外,在轧制及轧后连续冷却过程中,还可通过正确地控制微合金碳化物、氮化物在 a 中的沉淀析出过程来达到沉淀强化的目的。5、典型显微组织X70 级别的管线钢是目前应用最广泛的钢种之一,也是目前比较成熟的高强管线钢。但不同的成分、轧制工艺、冷却速度,形成不同的显微组织,其性能也不相同,其典型显微组织为针状铁素体,如图 1.1 所示。图 1.1 X70 管线钢—铁素体(针状)对于 X70 级别的管线钢,低的含碳量加上在未结晶区大的轧制变形量,C 曲线位置西南石油大学毕业论文8左移,即使在轧后加速冷却的条件下,也得不到全贝氏体(及全针状铁素体)组织,而析出铁素体。另外还有 M-A 组元,也可能出现珠光体组织,如图 1.2、图 1.3 所示。图 1.2 X70 管线钢 ——贝氏体(主要是粒状贝氏体)+铁素体(30%~40%)图 1.3 X70 管线钢——贝氏体(主要是粒状贝氏体)+少量铁素体油气管道焊接及材料研究91.3.3 管线钢的发展趋势1、超纯净管线钢超纯净钢一般是指钢中总含氧量和 S、P、N、H 含量很低的钢。杂质元素对钢材的性能产生不利的影响。对钢管来讲,总含氧量高将会降低钢的韧性与延展性;S 降低钢的冲击韧性;P 能显著降低钢的低温冲击韧性,提高脆性转变温度,使钢产生冷脆;氮化物破坏钢的焊接性能。要提高管线钢的性能,必须系统地降低钢中杂质元素的含量。随着现代冶金技术的发展,已经能够确保 S、P、O、N、H 等杂质元素和Pb、As、Sn、Sb、Bi 等痕迹元素低含量或超低含量的管线钢生产。通过铁水预处理、转炉精炼、钢包冶金和连铸等多步冶金新技术和新工艺,目前世界上最具有竞争力的管线钢纯净度可达到 S 含量不大于 0.0005 % 、P 含量不大于 0.005 % 、N 含量不大于0.002 % 、0 含量不大于 0.001%和 H 含量不大于 0.0001%。然而,在工业上要完全消除夹杂物是不可能的。所以对夹杂物的形态进行控制已成为获取优质管线钢的重要手段。其基本方法是向钢中加人 Ca、Zr、Ti、稀土等元素,控制夹杂物形态,提高管线钢的韧性指标。2、高强度、高韧性管线钢(1) 铁素体-珠光体管线钢20 世纪 60 年代以前,管线钢的基本组织形态为铁素体和珠光体(X5Z 钢级以下),基本成分是 C-Mn,一般采用热轧和正火热处理。(2) 珠光体管线钢为避免珠光体对管线钢韧性的损害,20 世纪 50 年代末出现了以 X56,X60 和 X65为代表的少珠光体钢。少珠光体钢含碳量一般小于 0.1%,Nb、V、Ti 的总量小于 0.1 %。这类钢突破了传统铁素体一珠光体钢热轧正火的生产工艺,进人了微合金化钢控轧的生产阶段。特别是近年来掌握了 Nb、Y、Ti 等碳化物在高温变形过程中的沉淀动力学和基体再结晶之间的关系后,少珠光体管线钢的强韧水平取得了新的进展。然而,在保证高韧性和良好焊接性能条件下,少珠光体强度的极限水平为 500-550MPa。(3) 针状铁素体管线钢为进一步提高管线钢的强韧性,20 世纪 70 年代研究开发了针状铁素体钢,典型成分为 C-Mn-Nb-Mo,一般碳含量小于 0.06%。针状铁素体是在冷却过程中,在稍高于上贝氏体温度范围内,通过切变相变形成的具有高密度位错的非等轴贝氏体铁素体。针状铁素体管线钢通过微合金化和控制轧制与控制冷却,综合利用晶粒细化、微合金元西南石油大学毕业论文10素的析出相与位错亚结构的强化效应,可使钢的屈服强度达到 650MPa,60℃冲击吸收功达到 80J。(4) 超低碳贝氏体管线钢为适应开发北极和近海能源的需要,在针状铁素体钢研究的基础上,国内外于 20世纪 80 年代初开发研究了超低碳贝氏体管线钢。超低碳贝氏体钢在成分设计上选择了C、Mn、Nb、Mo、B、Ti 的最佳配合,从而在较宽的冷却范围内都能形成完全的贝氏体组织。在保证优良的低温韧性和焊接性的前提下,通过适当提高合金元素的含量和进一步完善控轧与冷控工艺,超低碳贝氏体钢的屈服强度可达到 700~800MPa。因此超低碳贝氏体被誉为 21 世纪的新型控轧钢。(5) 超细晶粒管线钢超细晶粒管线钢的获得,首先归结于微合金化理论的成功应用。在管线钢控轧再加热过程中,未溶微合金碳、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。同时在控轧过程中,应变诱导沉淀析出的微合金碳化物、氮化物通过质点钉扎晶界和亚晶界的作用阻止奥氏体再结晶,从而获得细小的相变组织。 超细晶粒管线钢的获取还有赖于控制轧制技术的应用。通过控制热轧条件,在奥氏体基体中引入高密度的铁素体形核点,包含奥氏体晶粒边界、由热变形而激发的孪晶界面和变形带,从而细化相变后的组织。通过控轧,铁素体可细化到 ASTM11-13 级,即铁素体晶粒小于 10µm ,甚至达到 4µm,强化作用达到 210-300MPa。目前工业生产的铁素体晶粒尺寸可控制到 3-4µm,实验室可获得 1-2µm,的铁素体晶粒。对于针状铁素体或超低碳贝氏体管线钢,通过控制轧制和控制冷却,可降低钢中铁素体板条束的大小,大大细化“有效晶粒”尺寸,提高管线钢的强韧性指标。3、易焊管线钢焊接性是管线钢最重要的特性之一。具备优良焊接性的钢可称之为易焊钢。现代易焊管线钢可分为焊接无裂纹管线钢和焊接高热输人管线钢。(1) 焊接无裂纹管线钢冷裂纹是管线钢焊接过程中可能出现的一种严重缺陷。大量生产实践和理论研究表明,钢的淬硬倾向、焊接接头中含氢量和焊接接头的应力状态是管线钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。就钢的淬硬倾向而言,主要取决于钢的含碳量,其他合金元素也有不同程度的影响。综合这两方面的因素,提出了以“碳当量”作为衡量钢的焊接裂纹倾向性的依据。为适应焊接无裂纹的要求,目前国外管线钢碳当量控制在 0.4%-0.43%,用于高寒地区的管线钢则要求碳当量在 0.43%油气管道焊接及材料研究11以下。为适应焊接无裂纹的要求以及韧性的需要,现代管线钢通常采用 0.1%或更低含碳量,甚至保持在 0. O1%-0.04%的超低碳水平。微合金化和控轧控冷等技术的发展,使得管线钢在碳含量降低的同时保持高的强韧特性。最新冶炼技术的发展,已为工业生产超低碳管线钢提供了可能。 (2) 焊接高热输人管线钢采用高的焊接热输人可提高焊接的生产效率,但对热影响区产生重要影响。高的焊接热输人一方面促使晶粒长大,另一方面使焊后冷却速度降低,而导致相变温度升高,从而形成软组织,引起焊接热影响区的性能恶化。一般认为由此引起热影响区的韧性损失约为 20%-30% 。为控制管线钢热影响区在高热输入下的晶粒长大,可以通过向钢中加人微合金元素来实现。据资料介绍,Ti 是一种在焊接峰值温度下能通过生成稳定的氮化物,控制晶粒长大的有效元素。研究表明,即使在高达 1400℃的温度下,Ti 仍表现了很高的稳定性,从而有效地抑制在高热输入下的奥氏体晶界迁移和晶粒相互吞并的长大过程。目前管线钢中推荐的最佳 Ti 含量为 0.02%-0.03%,并保持钦氮比远远低于 3.5 。为避免在焊接高热输入下热影响区中软组织的形成,在 20 世纪 80 年代初研究开发了 Nb-Ti-B 系管线钢。这种合金设计思想充分利用 B 在相
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:油气管道焊接及材料研究 俊辉
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-69100.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开