X80钢级高频焊接管线管的试制
X80管线钢研发过程及焊接工艺种类
X80管线钢研发过程及焊接工艺种类 早期的管线钢一直采用C、Mn、Si型的普通碳素钢，在冶金上侧重于性能，对化学成分没有严格的规定。自60年代开始，随着输油、气管道输送压力和管径的增大，开始采用低合金高强钢（HSLA），主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分：C≤0.2%，合金元素≤3～5%。 随着管线钢的进一步发展，到60年代末70年代初，美国石油组织在API 5LX和API 5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢。这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为0.1-0.14%，在钢中加入≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到1973年API标 准增加了X70,1985年，API标准又相继增加了X80钢。 X80钢的化学成分(wt%)是：C 0.035；Si 0.25；Mn 1.84；P 0.013 ；Mo 1.84；Ni 0.33；Nb 0.065；Cr＜0.02；V＜0.02。X80钢添加有较多Mo，Ni，Nb等微合金元素，起到细化晶粒作用，在控制碳含量较低的情况下，可有效提高X80钢强度和韧性。 X80钢属于高度的洁净钢，通过形变强化而使材料具有很高的强韧性，因 而该钢种对焊接加工提出了特殊要求，主要表现在：选择合适的焊接工艺来防
止焊接热影响区的晶粒粗化、局部软化与脆化，实现焊缝金属的纯净化与晶粒细化，消除焊接缺陷，提高焊缝强度，确保焊接质量。 根据X80钢的性能和化学成分，目前开发出几种焊接工艺： 1、采用全自动焊工艺。 2、采用半自动焊根焊+自保护药芯焊丝半自动焊填充盖面工艺。 3、采用碱性焊条电弧焊根焊+自保护药芯半自动焊填充盖面工艺。 几种方法中全自动焊工艺施工效率最高，适用于平原及开阔地带的焊接施工；半自动焊方法效率次之，但适用于各种地形的施工，是目前主要的施工方法；焊条电弧焊根焊的工艺方法效率最低，在目前采用的大口径管线施工中仅用于地形特别受限处、连头施工或返修焊施工。
国内X80管线钢的发展及研究方向
国内X80管线钢的发展及研究方向 大口径、高压输送及采用高钢级管材是国际管道工程发展的一个重要趋势，国际上X80高钢级管材的生产技术已经成熟，并得到了较大的发展和成功应用。 近年来，国内石油与冶金行业联合攻关，相继成功开发了符合质量技术要求的x80热轧板卷、宽厚钢板及X80螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管，实施X80管线钢应用工程的条件已经成熟。 为确保X80管道的安全可靠性，在借鉴国际上先进成功经验的基础上，应进一步加强X80管线钢的应用基础研究和相关技术攻关。 一、油气管道及高钢级管材的发展 作为一种经济、安全、不间断的长距离输送石油和天然气的工具，油气输送管道在近四十年取得了巨大发展。目前，全世界石油、天然气管道的总长度已超过230万公里，并以每年2 万-3万公里的速度增加。在近10年内，我国已建成陕京管线、涩宁兰管线、兰成渝管线以及西气东输管线等十几条重大长输
管线，预计今后10-15年内，我国共需各类油气输送干线用钢管约1000万吨。 随着管道输送压力的不断提高，油气输送钢管也相应迅速向高钢级发展。20世纪60年代一般采用X52钢级，70年代普遍采用X60-X65钢级，近年来以X70为主。X80也已开始大量使用。在国外，如德国、加拿大、日本和意大利在X80乃至更高钢级管线钢的研究应用方面已经有很多实践经验。世界著名的大石油公司积极开展X80及X80以上钢级管道钢的开发和应用研究：德国Ruhr Gas公司在1992和1993年采用Europipe生产的X80钢管分别建成了两条100多公里的输气管道。加拿大Trans Canada管道公司（TCPL）一直积极推动高钢级管道钢的应用，X80钢管已成功应用到几条管线中，其中包括Alberta省北部永久冻土地区管线，2002年TCPL在加拿大建成了一条管径 1219mm、壁厚14.3mm的X100钢级的1公里试验段，同年，新版CSZ245-1-2002首次将Grade690（X100）列入加拿大国家标准。意大利SNAM公司用Europipe公司生产的X100、X80与X70钢级进行对比试验，认为X80的现场焊接可以采用与X70相近的工艺，而X100则有所不同，但只要采取适当措施也可获得满意结果。 挪威STATOIL公司对新日铁、住友金属、NKK和Europipe 等公司提供的X80钢级钢管进行了用于海底管道的可行性研究，
X80管线钢的成份及工艺设计要点以及关键参数的选择依据
X80管线钢的成份及工艺设计要点以及关键参数的选择依据一、开发背景 早期管线用钢基本组织形态为铁素体和少量珠光体，其显著特征为微合金化和降低含碳量。通过控制轧制、降碳，充分利用微合金元素在高温变形过程中抑制奥氏体再结晶效果细化晶粒，从而获得良好的强韧性和焊接性，其典型成分代表为C-Ｍn-Nb-Mo系。随着形变热控制技术(ThermoMechanical Control Process，简称TMCP)工艺研究的发展，又开发出针状铁素体管线钢。其特点是在控制轧制的基础上，通过轧后加速冷却，在稍高于上贝氏体温度范围获得了具有高密度位错的、非等轴状铁素体组织，其含碳量更低。针状铁素体管线用钢充分利用了TMCP工艺最新的研究成果-晶粒细化、相变强化和微合金化碳氮化物析出强化、位错亚结构强化，从而提高强化效果，且低温韧性亦能保持在较高的值。为开发、利用恶劣气候环境地方的能源，通过进一步的控制轧制和控制冷却工艺制度研究，合理添加一定量的微合金元素，改变连续冷却相变曲线，开发出以低碳、超低碳贝氏体组织为特征的管线用钢，屈服强度高达到700～800Mpa，低温韧性、焊接性、耐蚀性等性能更优异。 贝氏体温度范围形成的非等轴贝氏体组织(针状铁素体)中具有高密度位错，针状铁素体钢综合利用了晶粒细化强化、微合金化元素的析出强化以及位错亚结构的强化效应，可使钢的屈服强度达到650Mpa,-60℃的冲击韧性可达80J。对针状铁素体的进一步研究主要体现在超低碳贝氏体钢的开发与研究上。超低碳贝氏体钢通过对 C、Mn、Nb、Mo、B、Ti等成分的最佳配合，实现在较宽的冷却速度范围获得完全的贝氏体组织。在保证优良的低温韧性和焊接性的前提下，超低碳贝氏体钢的屈服强度可达到700~800MPa。 传统的铁素体-珠光体型管线钢，又称少珠光体型钢，是二十世纪七十年代初发展完善的第一代管线钢。由于该类钢在保证高韧性和良好的焊接性能条件下，强度极限水平为500~550MPa，因此主要用于X70及以下级别的管线钢。 针状铁素体型管线钢则是二十世纪八十年代后期发展完善的第二代管线钢。传统轧制技术生产的X70管线钢的组织是在多边形铁素体的基体上分布着少量贝氏体或岛状马氏体，对X70级管线钢通过合理的成分设计并结合控轧控冷工艺，可使其获得针状铁素体组织，从而能够使其具有高强度、高韧性、良好的焊接性等优良性能。X80管线钢的典型组织为针状铁素体或低碳贝氏体，而X100、X120管线钢的组织通常为贝氏体+ 马氏体双相组织。
X80管线钢调质处理工艺分析研究
X80管线钢调质处理工艺分析研究 发表时间：2018-05-28T15:25:01.153Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第35期作者：董少然1 张学伟2 康春雨1 [导读] 通过在热模拟机上模拟X80管线钢热处理工艺，研究了不同加热温度和不同冷却速度对X80管线钢微观组织和性能的影响。 1.中国核电工程有限公司北京 100840； 2.中国航天空气动力技术研究院北京 100074 摘要：通过在热模拟机上模拟X80管线钢热处理工艺，研究了不同加热温度和不同冷却速度对X80管线钢微观组织和性能的影响。试验结果表明，X80管线钢在990℃的加热温度和25℃/s的冷却速度下可获得理想的组织结构和良好的强韧匹配，具有较佳的综合组织性能。 关键词：X80管线钢；调质；加热温度；冷却速度；微观组织；力学性能 1 X80管线钢的性能要求 作为高钢级管线钢管，X80管线钢降低了钢管自重，减少了野外焊接工作量，节约了管线工程建设成本。但X80 管线钢有着较高力学性能要求。它在提高屈服强度的同时，应尽量降低卷板的韧脆转变温度、提高冲击韧性。传统的细晶强化虽可提高强韧性，但其强化效果仍不足以满足要求。如何通过合适的调质处理工艺，来获得良好综合性能的管材是工艺人员仍致力的课题。 本文主要通过在热模拟实验机上模拟热处理过程，经过高温回火处理，获得各种热处理工艺方案下的组织，通过试验分析，最终确定合理的加热温度和冷却速度等工艺条件。 2实验材料和方法 本试验所用材料为X80管线钢，其主要化学成分有：C，0.09；Si，0.2；Mn，1.51；Cr，0，03；Mo，0.16；Ni，0.22；Cu，0.15；Al，0.03；N，0.004；Ti，0.01；V，0.03；Nb，0.06。 用热模拟试验机进行加热温度的和冷却速度的热模拟试验，分别研究加热温度和冷却速度对X80材料组织和性能的影响。具体热模拟方案为：取12个试样，设置不同加热温度（930、960、990、1020℃）和不同冷却速度（5、15、25℃/s），组合形成12种热处理工艺，保温温度均为60s，进行模拟淬火热处理，随后进行温度为550℃、保温时间为2小时的高温回火。 对上述不同热处理工艺模拟下的试样进行金相分析、0℃夏比V型缺口冲击试验和室温横向拉伸试验，试验方法按ASTM标准执行。 3 实验结果及分析 3.1 热处理工艺对X80管线钢微观组织的影响 3.1.1加热温度对材料微观组织的影响 在保温时间、冷却速度、回火参数相同的情况下，改变参数加热峰值温度，从而研究加热温度对微观组织的影响。图3-1a-d为冷却速度为5℃/s下加热温度分别930℃、960℃、990℃、1020℃所获得的金相组织。观察该图发现，随加热温度的升高晶粒尺寸不断增加，试样a、b、c的长大幅度不是很大，但1020℃加热温度下晶粒长大程度略为明显。 3.2.1 加热温度对X80管线钢力学性能的影响 观察冷却速度为5℃/s下，不同加热温度对应冲击韧性的变化，可以得出，随加热温度的影响，韧性逐渐降低，但均已满足X80的韧性要求。晶粒度大小是影响韧性的重要因素，晶粒越大，韧性越差。对照图3-2中该组试样的金相照片，其韧性与晶粒大小的关系正是如此。 观察冷却速度为5℃/s下，不同加热温度对应屈服强度和抗拉强度的变化。其强度趋势为随加热温度的增加，屈服强度和抗拉强度逐渐增加。 为了获得较为匹配的强韧性，综合考虑材料组织机构的变化规律，990℃的加热温度最为理想。 3.2.2 冷却速度对X80管线钢力学性能的影响 观察990℃加热温度下，不同冷却速度对应冲击的变化。结果显示，随冷却速度的增加，材料冲击韧性逐渐提高。当冷却速度为5℃/s 时，组织中含有粗大的岛状组织，且岛状物的外形多为不规则的条状，这些粗大的相界面可因塑性变形而诱发出断裂。当冷却速度为