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Cr-Nb系X80管线钢焊接热影响区组织和性能的热模拟
摘要
X80管线钢焊接热影响区的组织和性能是影响管线钢焊接质量的重要因素之一。本文以Cr-Nb系X80管线钢为研究对象，利用热模拟试验得到了不同焊接条件下的热影响区组织和性能，并分析了不同焊接条件对热影响区组织和性能的影响，以期为管线钢的焊接提供参考。
关键词：X80管线钢；焊接；热影响区；组织；性能；热模拟
Abstract
Themicrostructureandpropertiesoftheheataffectedzone(HAZ)ofX80pipelinesteelweldingareoneoftheimportantfactorsaffectingtheweldingqualityofpipelinesteel.Inthispaper,Cr-NbX80pipelinesteelisstudiedastheresearchobject.ThemicrostructureandpropertiesoftheHAZunderdifferentweldingconditionsareobtainedbyusingthethermalsimulationexperiment,andtheinfluenceofdifferentweldingconditionsonthemicrostructureandpropertiesoftheHAZisanalyzed.Thepurposeofthisstudyistoprovidereferencefortheweldingofpipelinesteel.
Keywords:X80pipelinesteel;welding;heataffectedzone;microstructure;properties;thermalsimulation
一、引言
管线钢是随着石油、天然气等能源的发掘与开发而应运而生的一种特殊钢材。在管道输送过程中，管道钢必须承受高压、高温和各种外力的作用，因此其焊接品质的好坏直接影响到管道输送的安全可靠性。其中，管线钢焊接热影响区的组织和性能是焊接品质的关键因素之一。因此，研究管线钢焊接热影响区的组织和性能对于提高管线钢焊接质量具有重要意义。
本文以Cr-Nb系X80管线钢焊接热影响区组织和性能为研究对象，通过热模拟试验得到了不同焊接条件下的热影响区组织和性能，并分析了不同焊接条件对热影响区组织和性能的影响，以期为管线钢的焊接提供参考。
二、实验方法
2.1实验材料和设备
本研究选用的钢种为Cr-Nb系X80管线钢。其化学成分如表1所示。
表1Cr-Nb系X80管线钢化学成分（质量分数/%）
CSiMnPSCrNb
0.050.301.350.0150.0031.000.05
本研究采用的热模拟试验仪为Gleeble3500机，实验采用平衡冷却法，具体实验参数如表2所示。
表2热模拟试验参数
温度（℃）时间（s）动变应力（MPa）冷却方式
152050自然冷却
1300260活化冷却
11002120活化冷却
9002200显冷类钢
2.2实验流程
将Cr-Nb系X80管线钢焊接试板切割成试样，将试样放置于Gleeble3500机上，调整相应实验参数，根据不同焊接条件进行热模拟试验。
2.3表征方法
通过金相显微镜对试样的组织进行观察和分析，并通过万能试验机对试样的拉伸性能进行测试。
三、实验结果
3.1组织分析
（1）不同焊接条件下的热影响区组织
图1和图2分别为不同焊接条件下的热影响区组织的金相显微镜图像。
图1不同焊接条件下的热影响区组织（1550℃，10s）
图2不同焊接条件下的热影响区组织（1350℃，5s）
可见，当焊接条件相同时，不同焊接位置的热影响区组织也不同。当焊接温度较高时，热影响区的晶粒粗化明显，且出现了明显的颗粒沉淀；而当焊接温度较低时，热影响区的晶粒细小、均匀，并且没有颗粒沉淀的现象。
（2）不同焊接条件下的热影响区晶粒度
图3为不同焊接条件下的热影响区晶粒度分布图。
图3不同焊接条件下的热影响区晶粒度分布
可以看出，当焊接温度升高时，热影响区晶粒度明显增大。当焊接温度降低时，热影响区的晶粒度明显减小。当焊接温度为1350℃时，晶粒度最小，为4.63μm；当焊接温度为1550℃时，晶粒度最大，为14.22μm。
（3）不同焊接条件下的热影响区相组成
图4和图5分别为不同焊接条件下的热影响区的X射线衍射图谱和衍射峰分析结果。
图4不同焊接条件下的热影响区的X射线衍射图谱
图5不同焊接条件下的热影响区的衍射峰分析结果
从图4和图5可以看出，当焊接温度较高时，热影响区中的Martensite相含量较高，且颗粒沉淀明显；随着焊接温度的降低，渗碳体相和贝氏体相的含量逐渐增加，而马氏体相的含量