焊接热输入对X100管线钢焊接热影响区组织与强度的影响
X120管线钢焊接热影响区组织与韧性
ｎ ｍ ｌ， ｈ ａｓ ａ ｅ ｔ ｆ ｃｅ ｎ （ Ｇ Ａ ） ｎ ｒｉａ ｔ ｏｐ ａｅ ｅ ｉｎ Ａ ｏ ｇ ｉ ｅ ｉｇ ｅ ｔｎ ｕ ｉｃｅ ｓ， ａ ｅｙ ｔｅ ｏ ｒｅ ｒ ｉ ｈ ａ ａｆ ｔｄ ｏ ｅ Ｃ Ｈ Ｚ ａ ｄｃ ｔ ｌｗ － ｈ ｓ ｇｏ ． ｌ ｔ ｗ ｌ ｎ ａ ｉ ｔｎ ｒａｅ ｃ ｇ ｎ ｅ ｚ ｉｃ ｒ ｎ ｗ ｈ ｄ ｈ ｐ
李 建 一 等 ：Ｘ１０管 线 钢 焊 接 热 影 响 区 组 织 与 韧性 ２
Ｘ１ ０管线 钢 焊 接 热 影 响 区组 织 与韧 性 ２
李建 一 ，谷 雨 ，韩 秀 林 ，潘 强 ，王 海 生 ，乔 桂 英
（ ． 国石 油集 团渤 海石 油装 备制 造有 限公 司 ， １中 河北 青 县 ０ ２ ５ ； ６ ６ ８ ２ 燕 山大学 材 料科 学 与工程 学 院 ， 北 秦 皇岛 ０ ６ ０ ． 河 ６ ０ ４； ３ 燕 山大学 环 境 与化学 工程 学 院 ， 北 秦 皇岛 ０ ６ ０ ） ． 河 ６０４ 摘 要 ：采 用热模 拟试验技 术 ，研 究 了 Ｘ１ ０管线 钢焊接热 影响 区的组 织与性能 变化规律 ，结果 ２
细化 ，板条特征的组织退化 ， 图 ３ｂ 和 图 ４ ｂ 所 如 （） （） 示 。但 当峰值温度 降低 到 １ ０ ０℃以下 时 ，组织发 ０
生 明显 的变化 ，奥氏体晶界消失 ，组织 中板条特征
钢 的研 究 中得 到证实 。 同时也说 明采用 高 Ｎ ］ ｂ设 计 对提 高 Ｘ１ ０钢 焊 接 性 能是 有利 的 。然 而 ，从 ２ 低 温 冲击试验结果 看 ，低 温冲击韧 性仍显 著降低 ， 而且 随焊接 热输入 的增加 ，降低 的趋 势有 所减小 ， 如 图 ２所示 。由组织分析 可见 ，在低的焊接热输入 条件下 ，组织 中出现马 氏体 特 征 ， 图 ３ ａ 所 示 ， 如 （）
5焊接热影响区的组织和性能.pptx
表4-9 焊接及热处理条件下的组织百分比
钢种
冷却速度
铁素体
45钢
4
18
30
60
5(10) 1(3) 1(1) 0(0
40Cr
4
1（0）
14
0（0）
22
0（0）
36
0（0）
组 织 （%）
马氏体
0（0） 90（27） 92（69） 98（98）
75（95） 90（98） 95（100） 100（100）
t8/3 、加热速度比热处理条件 下要快的多，并随加热速度的提高，则相 变温度但随之提高，同时奥氏体的均质化 和碳化物的溶解也越不充分。因此，必然 会影响到焊接HAZ冷却后的组织与性能。
加热速度与许多因素有关，例如不同的 焊接方法、焊接线能量、板厚及几何尺寸， 以及被焊金属的热物理性质等。低合金钢 几种常用的焊接方法的加热速度、冷却速 度等有关数据见表4-l所示。
相反，40Cr钢在焊接条件下的CCT曲线比热处理条 件下的CCT曲线向左移动，也就是在同样冷却速度下 焊接时比热处理时的淬硬倾向小。例如，焊接条件 下当冷却速度为36℃／s时，可得到l00％的马氏体， 而热处理条件下只要22℃／s即可得到l00％马氏体。
根据金属学原理可以知道，碳化物合金元素
(如Cr、Mo、V、Ti、Nb等)只有它们充分溶解在 奥氏体的内部，才会增加奥氏体的稳定性(即增加 淬硬倾向)。很显然在热处理条件下，可以有充分 的时间使碳化物合金元素向奥氏体内部溶解。而 在焊接条件下，由于加热速度快，高温停留时间 短，所以这些合金元素不能充分地溶解在奥氏体 中，因此降低了淬硬倾向。至于不含碳化物合金 元素的钢(如45钢)，一方面不存在碳化物的溶解 过程，另一方面在焊接条件下，由于近缝区组织 粗化，故淬硬倾向比热处理条件下要大。
X100管线钢的分析报告
对X100管线钢的材料分析报告X100级管线钢的现实意义近年来，随着我国对石油、天然气等能源的需求进一步增大，并且伴随最近铁矿石价格的飞涨，导致管钢成本的提高.为了减少输送成本，同时又不损失石油天然气的输送量，开发X100等级的高钢级管线钢成为一种必然。
XI0。
管线钢的应用具有巨大的经济效益，可使长距离油气管线成本节约5%〜12%（据加拿大的统计分析表明，管线钢每提高一个钢级可减少建设成本7%）,主要体现在节约材料、提高输送压力、减小施工量、降低维护费用、优化整体方案等方面，为节省管线工程的建设投资、降低运输费用，采用高强度等级的管线钢更加经济合理.随着国内一系列管道建设工程的展开，X100的高强度、高韧性带来的成本优势将促使其大规模生产应用。
目前，世界石油管道的建设正朝着长距离、大口径、高输送压力发展，为减少建设和维护成本，高钢级管线钢的开发应用已成为国内外管道用钢的研究热点.X10ca管线钢的发展及现状从近些年的发展历史来看，较早时候日本、德国的管线钢制造商与一些石油公司合作，进行高强度等级的X100和X120管线钢的开发试制.在20世纪80年代中期，X100级管线钢已完成了试验，但那时尚无实际应用的需求；1995年，几家石油和天然气公司开始设计X100级管线钢材料.欧洲自1995年开始进行X100钢管的开发试制，采用TMCP工艺，到2002年已生产了数百吨壁厚12.7〜25.4mm的X100管线钢..2002年TCPL在加拿大建成了一条管径1219mm壁厚14.3mmX100钢级的1km试验段.但是从材料设计的角度来讲，X100的研究尚不成熟，组织与性能的关系有待于进一步分析，以便为国内的X100的开发和设计奠定良好基础.从其管线钢的材料及级别来看，其发展可分为三个阶段：第一阶段为20世纪50年代年以前，是以C-MriW为主的普通碳钢，强度级别为X52以下。
第二阶段为20世纪50年代到70年代，在C-M 怖W基础上引入微量锂和铝，通过相应的热轧及轧后处理等工艺，提高了钢材的综合性能，生产出X6RX65级钢板。
第四章 焊接热影响区的组织和性能
36
4.不完全重结晶区 – a. 处于Acl～Ac3之间范围内的热影响区 – b.处于Acl～Ac3范围内只有一部分组织发生了相变重结 晶过程，成为晶粒细小的铁素体和珠光体，另一部分 始终未能溶入奥氏体的铁素体，成为粗大的铁素体 – c. 晶粒大小不一，组织不均匀，力学性能不均匀 5.母材 – 处于Ac1以下： – 母材事先受冷加工变形或由于焊接应力而产生的应变 ，在以下将发生再结晶过程和应变时效过程，在金相 组织上看不出明显的变化。 – 具有时效应变敏感性强的钢种，处于Acl～300℃左右 的热影响区将发生脆化现象，表现出较强的缺口敏感 性。但在金相组织上并无明显变化。
26
三、焊接条件下的CCT图及其应用
1.图4-23是16Mn钢的CCT图及组织和硬度的变化 图 2.根据在焊接条件下熔合区附近（Tm=1300～ 1350℃）t8/5冷却时间，可以在图上查出相应的 组织和硬度
27
28
29
30
3.影响CCT图的因素 （1）母材化学成分的影响：影响CCT图的形态 – 除钴之外，所有固溶于奥氏体的合金元素都使S曲线向 右移，加大过冷奥氏体的稳定性，即增加淬硬倾向， 并降低Ms点，其中以碳的影响为最大 （2）冷却速度的影响 – a.随着冷却速度的增大，对于Fe-C合金，A1、A3、A cm 均移向更低的温度，共析成分由C 0.77％转为C 0.4％ ～0.7％。也就是说在快速冷却的条件下，C 0.4％的钢 就可以得到全部珠光体的组织（伪共析组织）。 – b.冷却速度增大时，Ms有所上升，并且会改变马氏体 的形态。因为增大冷却速度使马氏体增大滑移的抗力 ，不均匀切变就会以孪晶方式进行，马氏体就由条状 变为片状。
17
18
19
三、焊接时冷却过程组织转变的特点
不同焊接热输入量对焊缝热影响区组织和性能的影响分析
２ 重结晶区 ．
该 ｌ热 到的峰值 温度 弛围在 Ａ 到品粒 丌始急剧 Ｊ Ｊ ｕ ｔ
Ｋ大 以前 的温 度 ，人约在 ９ ０～ｌ０ ℃之间 。该 区 ０ ｌＨห้องสมุดไป่ตู้０
转变与热处理条件下的组织转变， 从摹本原理上是 ・ 致 的，但是由于焊接过程具有本身的特点．这就给焊接时
的组 织转 变带 来 了它 的特殊 性 其 特 点 ：① 加热 温 度 高 。②加热速度快 。③ 高温停 留时闸短。① 自然条件下 连续冷却。⑤局部加热 。组织转变是 在威 力作 用下进行
的熔 合 区 及过热 区 组织 ，以 ＿ 明显 不 同 的 力学 件 技
能。
之 。由 加热温度很高，特别是在 『相线附近处，一 刮
些难熔质点 （ 如碳化物和 氯化物 ）也都熔入 奥氏体 ，凼
二、试验用钢板和焊接材料
试验所录用的钢板 为 ３ｒ ５ ｍ厚的 Ｑ ９Ｅ铡，片化学 ａ ３０ 成分 见表 １ Ｊ ， 学性能 表 ２ 。
维普资讯
第十一届北京・ 埃森焊接与切割展览会专辑
不 同焊 接 热 输 入 量 对 焊 缝 热 影 响 区组 织 和 性 能 的影 响 分 析
中铁 山桥集 团有 限公 司质量管理部 （ 河北 山海 关 ０ ６ ０ ） 刘艳 色 ６ ２ ５
【 摘要】 本文对 Ｑ９Ｅ ３０ 钢， 采用直径５ ｍ和２ ｍ两种焊丝，采用不同焊接热输入量进行埋弧自动 ａ ｒ ａ ｒ
完争重结晶区一种 ：
影响不是很人
本文主要分析熔合区及过热区组织及性能，论述了
粗丝埋 弧 自动焊干 细丝 弧 自动焊试 验形成 的两种 同 ¨
１ 熔合区及过热 区 （ ． 义称粗品区）
陔 紧邻焊缝，它的温度范罔包括了从品粒急剧 Ｋ
热输入对超级双相不锈钢焊接接头组织和性能的影响
焊接技术DOI ：10.3969/j.issn.1001-2206.2023.04.018热输入对超级双相不锈钢焊接接头组织和性能的影响刘剑1，2，牛虎理1，2，孙丽3，何亚章1，2，王红1，2，孙欣妍1，21.中国石油集团工程技术研究有限公司，天津3004512.中国石油集团海洋工程重点实验室，天津3004513.中国石油集团海洋工程有限公司钻井分公司，天津300480摘要：采用钨极氩弧焊根焊、热焊、手工电弧焊填充盖面的方式，以不同的热输入进行双相不锈钢S31803管材焊接试验，对焊接接头的冲击韧性、微观组织、相比例和耐点蚀能力研究分析。
结果表明，母材、热影响区和焊缝区域奥氏体组织的形状存在差异；在一定范围内，随着热输入的增加，焊缝区域铁素体含量减少，韧性提高，耐点蚀性能提升；合适的热输入能够实现对铁素体和奥氏体相比例的控制，得到性能良好的焊接接头，对于双相不锈钢焊接具有较好的指导作用。
关键词：双相不锈钢；热输入；微观组织；相比例；点蚀Influence of heat input on the microstructure and properties of welded joints ofsuper duplex stainless steelLIU Jian 1,2,NIU Huli 1,2,SUN Li 3,HE Yazhang 1,2,WANG Hong 1,2,SUN Xinyan 1,21.China Petroleum Engineering Technology Research Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China2.Key Laboratory of Offshore Engineering of China Petroleum Corporation,Tianjin 300451,China3.Drilling Branch of China Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300480,ChinaAbstract：The welding experiment of the S31803pipe of duplex steel is carried out with different heat inputs by argon tungsten-arc root and hot and manual arc welding for filling the cover.The impact toughness,microstructure,phase ratio,and pitting resistance of the welded joint are analyzed.The results show that there are differences in the shape of austenitic structures in the base material,heat-affected zone,and weld zone.In a certain range,with the increase in heat input,the ferrite content in the weld zone decreases;the toughness and the pitting resistance improve.The proper heat input can control the proportion of ferrite and austenitic phase and obtain the welded joint with great performance.The research has a good guiding effect for the welding of duplex stainless steel.Keywords：duplex stainless steel;heat input;microstructure;phase ratio;pitting油气田集输管网输送介质多为含Cl -、CO 2、S等腐蚀性极强物质的液体或气体，以往常用的碳素钢难以满足防腐要求，双相不锈钢由于具有良好的耐点蚀、应力腐蚀和晶间腐蚀性能广泛应用于石油天然气、化工、海洋工程等领域[1-3]。
焊接热影响区的组织
许多情况下，熔合区是产生裂纹、脆性破坏的发源地。
过热区
温度处于固相线下到1100℃ 左右，金属处于过热状态，奥 氏体晶粒严重长大，冷却得到 粗大组织。 韧性很低，通常降低20～30%，刚度较大的结构常产 生脆化和裂纹。 过热区大小与焊接方法、焊接线能量和母材厚度有关。
3.2.3 焊接热影响区的组织和性能
由于焊接时母材热影响区上各点距焊缝远近不同， 所经历热循环不同，会出现不同组织，具有不同性能。 因此焊接热影响区的组织和性能是不均匀的。
焊接热影响区的组织分布
对于常用低碳钢和低合金钢 （不易淬火钢），在焊接热 影响区根据组织特征，可分 为四个区。
熔合区（半熔化区）
由于不断深入对熔合 区微观形态的研究， 焊接热影响区划分 更明确：
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
不完全淬火区
被加热到Ac1～Ac3之间的区域，快速加热条件下， 铁素体很少溶入奥氏体，其它组织转变为奥氏体， 冷却转变为马氏体，铁素体保持不变，并有不同程 度长大，形成马氏体-铁素体组织。
如母材焊前是调制状态，焊接热影响区的组织除上述的 完全淬火区和不完全淬火区外，还可能。在加热温度 在Ac1至调质回火温度的区域发生回火，称为回火区。
焊接热影响区大小受许多因素的影响，如焊接方法、板 厚、线能量及施工工艺等。
焊接热影响区
定义
定义
图1熔焊时在高温热源的作用下，靠近焊缝两侧的一定范围内发生组织和性能变化的区域称为“热影响区” （Heat Affect Zone），或称“近缝区”（Near Weld Zone）。焊接接头主要是由焊缝和热影区两大部分组成， 其间存在一个过渡区，称为熔合区。因此要保证焊接接头的质量，就必须使焊缝和热影响区的组织与性能同时都 达到要求。随着各种高强钢、不锈钢、耐热钢以及一些特种材料（如铝合金、钛合金、镍合金、复合材料和陶瓷 等）在生产中不断使用，焊接热影响区存在的问题显得更加复杂，已成为焊接接头的薄弱地带。因此，许多国家 研究工作者对焊接热影响区很大的重视。
性能
硬化 脆化
韧化 软化
硬化
焊接热影响区的硬度主要取决于被焊钢种的化学成分和冷却条件，其实质是反映不同金相组织的性能。由于 硬度试验比较方便，因此，常用热影响区的最高硬度HMAX来判断热影响区的性能，它可以间接预测热影响区的韧 性、脆性和抗裂性等。工程中已把热影响区的HMAX作为评定焊接性的重要指标。应当指出，即使同一组织也有不 同的硬度，这与钢的含碳量以及合金成分有关。例如高碳马氏体的硬度可达600HV，而低碳马氏体只有350～ 390HV。
合理制定焊接工艺，正确选择焊接线能量和预热、后热温度是提高焊接热影响区韧性的有效措施。
此外，还有许多能提高焊接热影响区韧性的途径，如近年来发展起来的细晶粒钢（利用微量元素弥散强化、 固熔强化、控制析出相的尺寸及形态等），采用控轧工艺，进一步细化铁素体的晶粒，也会提高材质的韧性。
软化
冷作强化或热处理强化的金属或合金，在焊接热影响区一般均会产生不同程度的失强现象，最典型的是经过 调质处理的高强钢和具有沉淀强化及弥散强化的合金，焊后在热影响区产生的软化或失强。冷作强化金属或合金 的软化，则是由再结晶引起的。热影响区软化或失强对焊接接头力学性能的影响相对较小，但却不易控制。
焊接热影响区的性能
焊接热影响区（HAZ）与焊缝不同，焊缝可以通过化学成分的调整、再分配及适当的焊接工艺来保证性能的要求，而热影响区性能不可能通过化学成分来调整，它是在热循环作用下才产生的组织分布不均匀性问题。
对于一般焊接结构来讲，主要考虑热影响区的硬化、脆化、韧化、软化，以及综合的力学性能、抗腐蚀性能和疲劳性能等，这要根据焊接结构的具体使用要求来决定。
01焊接热影响区的硬化焊接热影响区的硬度主要决定于被焊钢种的化学成分和冷却条件，其实质是反应不同金相组织的性能。
由于硬度试验比较方便，因此，常用热影响区（一般在熔合区）的最高硬度Hmax判断热影响区的性能，它可以间接预测热影响区的韧性、脆性和抗裂性等。
近年来，尾巴HAZ的Hmax作为评定焊接性的重要标志。
应当指出，即使同一组织，也有不同的硬度。
这与钢的含碳量、合金成分及冷却条件有关。
02焊接热影响区的脆化焊接热影响区的脆化常常是引起焊接接头开裂和脆性破坏的主要原因。
目前其脆化的形式有粗晶脆化、析出脆化、组织转变脆化、热应变时效脆化、氢脆以及石墨脆化等。
①粗晶脆化。
在热循环的作用下，焊接接头的熔合线附近和过热区将发生晶粒粗化。
晶粒粗大严重影响组织的脆性。
一般来讲，晶粒越粗，则脆性转变温度越高。
②析出脆化。
在时效或回火过程中，其过饱和固溶体中将析出碳化物、氮化物、金属间化合物及其他亚稳定的中间相等。
由于这些新相的析出，使金属或合金的强度、硬度和脆性提高，这种现象称为析出脆化。
③组织脆化。
焊接HAZ中由于出现脆硬组织而产生的脆化称为组织脆化。
对于常用的低碳低合金高强钢，焊接HAZ的组织脆化主要是M-A组元、上贝氏体、粗大的魏氏组织等造成的。
但对含碳量较高的钢（一般≥0.2%），则组织脆化主要是由高碳马氏体引起的。
④ HAZ的热应变时效脆化。
在制造过程中要对焊接结构进行加工，如下料、剪切、冷变成型、气割、焊接和其他热加工等。
由这些加工引起的局部应变、塑性变形对焊接HAZ脆化有很大的影响，由此而引起的脆化称为热应变时效脆化。
焊接工艺对不锈钢材料组织和性能的影响
焊接工艺对不锈钢材料组织和性能的影响不锈钢是一种重要的金属材料，具有耐腐蚀、高强度和良好的加工性能等特点，在工业生产中得到了广泛应用。
而焊接是不锈钢加工中常用的连接方法之一，然而焊接工艺对不锈钢材料的组织和性能有着重要影响。
本文将从焊接工艺的选择、热影响区的变化以及焊接缺陷等方面探讨焊接工艺对不锈钢材料的影响。
首先，焊接工艺的选择对不锈钢材料的组织和性能有着直接的影响。
不同的焊接工艺会产生不同的热输入和冷却速率，从而影响焊缝和热影响区的组织结构。
例如，TIG焊接工艺通常采用惰性气体保护，热输入较小，能够得到较细小的晶粒和均匀的组织结构，从而提高了焊接接头的强度和耐腐蚀性。
而MIG焊接工艺则热输入相对较大，焊缝和热影响区的晶粒较大，容易产生晶间腐蚀等缺陷。
因此，在选择焊接工艺时需要根据具体应用要求和不锈钢材料的特性进行合理选择，以获得最佳的组织和性能。
其次，焊接过程中热影响区的变化也对不锈钢材料的组织和性能产生重要影响。
焊接过程中，焊缝周围的材料会受到高温热输入和快速冷却的影响，从而产生热影响区。
热影响区的组织结构和性能与焊接工艺、焊接参数以及不锈钢材料的化学成分等因素密切相关。
一般来说，热影响区的晶粒度会增大，晶粒形状也会发生变化，同时还可能出现相变、析出物的形成等现象。
这些变化会影响热影响区的力学性能和耐腐蚀性能，甚至引发裂纹和变形等缺陷。
因此，在焊接过程中需要合理控制焊接参数，以减小热影响区的变化，从而提高焊接接头的质量。
最后，焊接过程中可能出现的缺陷也会对不锈钢材料的组织和性能产生重要影响。
焊接缺陷包括焊缝中的气孔、夹杂物、裂纹等，这些缺陷会导致焊接接头的强度和耐腐蚀性下降。
气孔是最常见的焊接缺陷之一，它们会破坏焊缝的连续性，使焊接接头易受腐蚀介质侵蚀。
夹杂物是指在焊接过程中未熔化的杂质或异物，它们会降低焊接接头的强度和韧性。
裂纹是最严重的焊接缺陷，会导致焊接接头的破裂和失效。
因此，在焊接过程中需要严格控制焊接参数和操作技术，以减少焊接缺陷的产生，保证焊接接头的质量。