焊材中Al、Cu元素对X80管线钢焊接接头组织与性能的影响

发布时间：2017-07-20 12:15

  本文关键词：焊材中Al、Cu元素对X80管线钢焊接接头组织与性能的影响

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【摘要】：X80钢是目前广泛使用的油气输送管线用钢,长输管道的建设往往是依靠焊接来实现,由于管线钢服役环境极端,气候恶劣,易导致其焊接接头部位失效而破裂。本文针对含硫工况下的X80管线用钢,通过设计焊材中Al、Cu元素含量来制作焊条,对X80管线钢进行手工电弧焊焊接,通过成分分析、金相观察、硬度测试、拉伸试验、冲击试验、硫化氢环境下的电化学腐蚀试验、浸泡腐蚀试验和氢致开裂试验,研究了焊材中Al、Cu元素对X80管线钢焊接接头组织成分、力学性能及含硫环境下的耐蚀性能的影响。 焊缝组织成分分析表明：随着焊条药皮中Al、Cu元素的增加,焊缝熔敷金属中两种元素含量相应增加,当药皮中Al、Cu含量分别达到8%时,焊缝两种元素含量分别达到了0.83%和1.16%；焊缝组织主要为针状铁素体、多边形铁素体和粒状贝氏体,在一定范围内,随着Al、Cu元素的增加,焊缝组织中针状铁素体含量均先增加后减少,Al、Cu含量过多时,针状铁素体转变为多边形铁素体,组织粗化,分布不均匀。 力学性能试验表明：当焊材单独含A1时,随着药皮中Al元素含量的增加,焊接接头硬度和抗拉强度逐渐升高,而冲击韧性先升高后降低,Al含量为4%时,即熔敷金属中Al含量为0.27%时,韧性最高；当焊材单独含Cu时,随着药皮中Cu元素含量的增加,焊接接头抗拉强度逐渐升高,硬度和冲击韧性则先升高后降低,Cu含量达到6%时,熔敷金属中Cu含量为0.95%,此时韧性最高；当焊条药皮中同时含有Al和Cu且其总量为8%时,含有2%的Al和6%的Cu的情况下,焊缝金属强度及韧性均达到最高值,此时焊缝金属含Al为0.17%,含Cu为0.94%。 硫化氢环境下的腐蚀试验表明：在电化学腐蚀环境下,焊材药皮单独含Al为6%时,X80钢焊接接头具有最小的腐蚀倾向,含量为4%时则具有最低的腐蚀速率,单独含Cu为2%时腐蚀倾向最小,含量为6%时腐蚀速率最低,若药皮中Al、Cu总量为8%,含2%的Al和6%的Cu时,焊缝的电化学腐蚀倾向和腐蚀速率均较低；在硫化氢均匀腐蚀环境下,随着药皮中Al、Cu元素的增加,X80焊接接头在饱和硫化氢环境下的腐蚀速率均先降低后升高,焊条药皮中单独Al含量为2%时,腐蚀速率达到最低值0.4843mm/a,此时焊缝熔敷金属中Al含量为0.15%,药皮中单独Cu含量为4%时腐蚀速率达到最低值为0.4895mm/a,此时焊缝熔敷金属Cu含量为0.67%,若药皮中Al、Cu,总量为8%时,则在2%的Al和6%的Cu情况下,焊接接头具有较低的均匀腐蚀速率；在硫化氢氢致开裂试验环境下,所有试样观察面均未观察到氢致裂纹的产生,当焊材药皮中Al或Cu含量为8%时,焊缝中Al含量达到0.83%,Cu含量达到1.16%,均不会导致材料的抗氢致开裂性能的严重恶化。
【关键词】：焊材 X80管线钢 焊接接头 组织性能 硫化氢
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG407
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 X80管线钢发展现状8-10
• 1.3 管线钢焊接接头硫化氢腐蚀10-12
• 1.4 合金元素对焊接性能的影响12-13
• 1.5 X80钢焊接材料发展现状13-15
• 1.6 主要研究内容15-17
• 1.6.1 研究内容15-16
• 1.6.2 技术路线16-17
• 第2章 试验材料与方法17-24
• 2.1 试验材料17
• 2.2 试验方法17-24
• 2.2.1 成分分析17-18
• 2.2.2 金相组织观察18
• 2.2.3 硬度测试18-19
• 2.2.4 拉伸试验19
• 2.2.5 冲击试验19-20
• 2.2.6 电化学试验20
• 2.2.7 静态浸泡试验20-21
• 2.2.8 氢致开裂试验21-24
• 第3章 焊条制备及焊接工艺24-35
• 3.1 药皮成分设计24-30
• 3.1.1 药皮各组分作用24-25
• 3.1.2 焊缝中合金元素的作用25-27
• 3.1.3 碱性焊条的特点27-28
• 3.1.4 药皮成分设计28-30
• 3.2 焊芯匹配30
• 3.3 焊条制作30-32
• 3.4 焊接工艺设计32-33
• 3.5 焊条焊接工艺性能33-34
• 3.6 焊缝形貌34-35
• 第4章 X80钢焊接接头组织成分与力学性能分析35-50
• 4.1 EDS能谱分析35-36
• 4.2 金相组织分析36-39
• 4.3 硬度分析39-42
• 4.4 拉伸试验42-44
• 4.5 冲击试验44-48
• 4.5.1 冲击韧性44-46
• 4.5.2 冲击断口分析46-48
• 4.6 本章小结48-50
• 第5章 含硫环境下X80钢焊接接头耐蚀性能分析50-61
• 5.1 电化学试验50-52
• 5.2 浸泡腐蚀试验52-58
• 5.2.1 浸泡腐蚀速率52-54
• 5.2.2 腐蚀产物膜SEM54-57
• 5.2.3 腐蚀产物膜EDS分析57-58
• 5.2.4 腐蚀产物膜XRD分析58
• 5.3 氢致开裂试验结果58-59
• 5.4 本章小结59-61
• 第6章 结论61-63
• 6.1 结论61-62
• 6.2 下一步工作62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 攻读学位期间发表的论文和参加的科研项目69

【参考文献】

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本文编号：567961