合金元素及焊接組織PPT課件

1、合金元素及焊接組織合金元素及焊接組織對管線鋼焊接裂紋的影響對管線鋼焊接裂紋的影響王王 斌斌報報 告告 內(nèi)內(nèi) 容容.非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影響非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影響.合金元素對管線鋼焊接裂紋性能的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋性能的影響.組織對管線鋼抗焊接裂紋性能的影響組織對管線鋼抗焊接裂紋性能的影響.熱輸入對焊縫組織的影響分析熱輸入對焊縫組織的影響分析.建議建議A A3 3鋼對接焊接頭鋼對接焊接頭宏觀形貌宏觀形貌焊縫區(qū)焊縫區(qū)熱影響區(qū)熱影響區(qū)母材區(qū)母材區(qū)液態(tài)液態(tài) 過熱區(qū)過熱區(qū) 溫度范圍溫度范圍完全正火區(qū)完全正火區(qū) 溫度范圍溫度范圍不完全正火不完全正火區(qū)溫度范圍區(qū)溫度范圍 母材區(qū)

2、母材區(qū)溫度范圍溫度范圍焊縫區(qū)焊縫區(qū)過熱區(qū)過熱區(qū)完全正火區(qū)完全正火區(qū)不完全正火區(qū)不完全正火區(qū)母材區(qū)母材區(qū)焊接接頭全貌組織焊接接頭全貌組織 焊縫區(qū)焊縫區(qū)過熱區(qū)過熱區(qū)完全正火區(qū)完全正火區(qū)不完全正火區(qū)不完全正火區(qū)母材區(qū)母材區(qū) 焊縫區(qū)焊縫區(qū)過熱區(qū)過熱區(qū)完全正完全正火區(qū)火區(qū)不完全不完全正火區(qū)正火區(qū)母母材材區(qū)區(qū) 含氫量小于含氫量小于2ml/100g2ml/100g時，能在含時，能在含S S量為量為0.0080.008的鍛件中引發(fā)氫致的鍛件中引發(fā)氫致裂紋（鍋爐技術(shù)，裂紋（鍋爐技術(shù)，1990.91990.9，徐建銷），徐建銷） 非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影響響一、氫對鋼管組織

3、性能的影響一、氫對鋼管組織性能的影響1.在固態(tài)鋼中的存在形式（1）形成間隙固溶體; （2）在固態(tài)鋼中擴(kuò)散能為非常強(qiáng)。 2.作用（1）使鋼的塑、韌性降低，引起氫脆;（2）從鋼中析出變成分子態(tài)時造成內(nèi)部裂紋性質(zhì)的缺陷，突出的如白點(diǎn)。 非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影響響二、氧對鋼管組織性能的影響二、氧對鋼管組織性能的影響1.在固態(tài)鋼中的存在形式（1）在固態(tài)鋼中溶解度很小; （2）主要存在于氧化物夾雜中。 2.作用（1）夾雜物引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋，加速鋼的塑性破壞，降低韌性;（2）在鋼的抗拉強(qiáng)度較高時，降低疲勞強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐磨性;（3）引起熱脆;（4 4）Al

4、, Mg, CaAl, Mg, Ca的氧化物及大顆粒的氧化物及大顆粒TiTi的碳氮化物成為裂紋的起源。的碳氮化物成為裂紋的起源。 非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影響響三、氮對鋼管組織性能的影響三、氮對鋼管組織性能的影響1.在固態(tài)鋼中的存在形式（1）形成碳氮化物，多分布于晶界; （2）隨溫度降低溶解度急劇降低; （3）抑制鐵素體晶粒生長。 2.作用（1）一些含A1,V,Nb的低合金鋼中可形成特殊的氮化物使鐵素體強(qiáng)化并細(xì)化晶 粒，顯著提高鋼的強(qiáng)度和韌性; （2）引起淬火時效和形變時效，顯著提高鋼的硬度、強(qiáng)度，降低塑性、韌性， 造成焊接區(qū)脆化。uN N對熔敷金屬組織和

5、性能的影響對熔敷金屬組織和性能的影響 氮含量對熔敷金屬低溫沖擊韌性的影響氮含量對熔敷金屬低溫沖擊韌性的影響 隨著隨著N N含量的增加，熔敷金含量的增加，熔敷金屬低溫韌性降低屬低溫韌性降低 非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影響響 非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影響響 焊絲中焊絲中N含量與熔敷金屬中含量與熔敷金屬中N含量的關(guān)系含量的關(guān)系 熔敷金屬中的熔敷金屬中的N N含量隨焊含量隨焊絲中絲中N N含量的增加而增加。含量的增加而增加。u焊絲中焊絲中N N含量對熔敷金屬中含量對熔敷金屬中N N含量的影響含量的影響 非金屬元素對熔敷金屬組織性

6、能的影非金屬元素對熔敷金屬組織性能的影響響總結(jié)：總結(jié)： C C、N N、P P、S S、SiSi增加了鋼的氫脆傾向。增加了鋼的氫脆傾向。奧氏體形成元素，與奧氏體形成元素，與FeFe形成無限互溶的形成無限互溶的相，弱碳化物形成元素相，弱碳化物形成元素。 一、石油管鋼中的合金元素對組織性能的影響一、石油管鋼中的合金元素對組織性能的影響1. Mn1. Mn元素的作用元素的作用溶于滲碳體取代部分溶于滲碳體取代部分FeFe形成復(fù)合碳化物，細(xì)化形成復(fù)合碳化物，細(xì)化P P，強(qiáng)化基體鋼；且其在，強(qiáng)化基體鋼；且其在滲碳體中的濃度大于在滲碳體中的濃度大于在F F中的濃度，可見錳主要起固溶強(qiáng)化作用。中的濃度，可見錳

7、主要起固溶強(qiáng)化作用。 相同碳時，隨錳含量增加，強(qiáng)度增加，但脆性轉(zhuǎn)變溫度下降。相同碳時，隨錳含量增加，強(qiáng)度增加，但脆性轉(zhuǎn)變溫度下降。 降低相變溫度，有助于晶粒細(xì)化。降低相變溫度，有助于晶粒細(xì)化。 錳含量過高，使韌性降低，造成鋼板帶狀組織嚴(yán)重，增強(qiáng)各向異性，降低錳含量過高，使韌性降低，造成鋼板帶狀組織嚴(yán)重，增強(qiáng)各向異性，降低抗氫致裂紋性能抗氫致裂紋性能 合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響 在管線鋼中加入在管線鋼中加入1.01.01.51.5可使相變溫度進(jìn)一步降低，再增加將引可使相變溫度進(jìn)一步降低，再增加將引起奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榇执蟮尼槧铊F素體而非多邊形鐵素體。起奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榇执?/p>

8、的針狀鐵素體而非多邊形鐵素體。 （1 1）促進(jìn)針狀組織的發(fā)展，抑制多邊形鐵素體的形成）促進(jìn)針狀組織的發(fā)展，抑制多邊形鐵素體的形成（加速冷卻）。（加速冷卻）。因因此能在極低的碳含量下得到高的強(qiáng)度。鉬的含量通常被限制在此能在極低的碳含量下得到高的強(qiáng)度。鉬的含量通常被限制在0.3%0.3%以下；以下；（2 2）抑制鋼在高溫回火時由于抑制鋼在高溫回火時由于P P等雜質(zhì)在晶界偏聚導(dǎo)致的脆性現(xiàn)象，減少等雜質(zhì)在晶界偏聚導(dǎo)致的脆性現(xiàn)象，減少固溶碳量，使殘留奧氏體減到最少，以至完全沒有，這樣就少形成或不形固溶碳量，使殘留奧氏體減到最少，以至完全沒有，這樣就少形成或不形成未回火的馬氏體，增強(qiáng)基體抗硫化氫腐蝕性能。

9、成未回火的馬氏體，增強(qiáng)基體抗硫化氫腐蝕性能。 一、石油管鋼中的合金元素對組織性能的影響一、石油管鋼中的合金元素對組織性能的影響2. Mo2. Mo元素的作用元素的作用通過固溶硬化和晶粒細(xì)化增加強(qiáng)度;鎳還能夠改善銅在鋼中引起的熱脆性，但低合金鋼中加入鎳，由于含鎳鋼上的析氫過電位最低，氫離子易于放電，因而強(qiáng)化了吸氫過程，使鋼的硫化物破裂敏感性增加。 3. Cu3. Cu、NiNi元素的作用元素的作用銅能降低氫在鋼中的滲透速率，銅能降低氫在鋼中的滲透速率，利于提高抗氫脆應(yīng)力腐蝕利于提高抗氫脆應(yīng)力腐蝕和溝狀腐蝕性能。和溝狀腐蝕性能。 合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響微合金化

10、元素除了溶質(zhì)原子的拖曳作用外，幾乎總是通過第二相的析出而影微合金化元素除了溶質(zhì)原子的拖曳作用外，幾乎總是通過第二相的析出而影響鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)。響鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)。 二、二、 微合金元素的影響微合金元素的影響主要微合金化元素：鈮、釩、鈦，此外還有鋁和硼。（圖主要微合金化元素：鈮、釩、鈦，此外還有鋁和硼。（圖332） 由于不同微合金元素與碳和氮有不同的親和力，不同的微合金碳化物氮化由于不同微合金元素與碳和氮有不同的親和力，不同的微合金碳化物氮化物在奧氏體和鐵素體中有相差甚遠(yuǎn)的溶解度，且各種微合金碳化物和氮化物有物在奧氏體和鐵素體中有相差甚遠(yuǎn)的溶解度，且各種微合金碳化物和氮化物有不同的析出動力學(xué)，

11、故其作用不同。不同的析出動力學(xué)，故其作用不同。微合金元素加入目的：晶粒細(xì)化及析出強(qiáng)化。由微合金碳、氮化物或碳氮化微合金元素加入目的：晶粒細(xì)化及析出強(qiáng)化。由微合金碳、氮化物或碳氮化物的析出引起。物的析出引起。 1 1）阻止奧氏體晶粒在控扎或焊接冶金中長大，延遲奧氏體再結(jié)晶；）阻止奧氏體晶粒在控扎或焊接冶金中長大，延遲奧氏體再結(jié)晶； 2 2）晶粒細(xì)化、沉淀強(qiáng)化。）晶粒細(xì)化、沉淀強(qiáng)化。 3 3）影響焊接）影響焊接HAZHAZ軟化區(qū)大小，使之變窄。軟化區(qū)大小，使之變窄。合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響二、微合金元素的影響二、微合金元素的影響微合金元素加入目的：微合金元素加入

12、目的：影響焊接影響焊接HAZHAZ軟化區(qū)大小，使之變窄，軟化區(qū)大小，使之變窄，結(jié)果？結(jié)果？合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響(a)CGHAZ+FGHAZ(b)FGHAZ+ICHAZ(c)ICHAZ+BM試板的原始組織主要是條狀貝氏體與部分粒狀貝氏體的復(fù)合組織。而PAC鋼的HAZ是分為三個區(qū)的梯度組織，即粗晶區(qū)（CGHAZ），細(xì)晶區(qū)（FGHAZ），不完全重結(jié)晶區(qū)（ICHAZ）。 碳化物形成元素碳化物形成元素Ti, V, Al, Nb, ZrTi, V, Al, Nb, Zr等能夠增加氫陷阱的數(shù)等能夠增加氫陷阱的數(shù)量，降低陷阱中富積的氫含量，同時稀土元素能夠改變量，降低陷

13、阱中富積的氫含量，同時稀土元素能夠改變MnSMnS夾雜物夾雜物的形狀，使其變圓變細(xì)，從而能增加氫陷阱中的臨界氫濃度的形狀，使其變圓變細(xì)，從而能增加氫陷阱中的臨界氫濃度, ,降低降低鋼的氫脆幾率。鋼的氫脆幾率。二、微合金元素的影響二、微合金元素的影響微合金元素加入目的：微合金元素加入目的：合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響 TiN TiN顆粒分布在奧氏體晶界上，顆粒分布在奧氏體晶界上，阻礙阻礙鋼在熱加工時鋼在熱加工時奧氏體晶粒的長大奧氏體晶粒的長大。由于形成難溶的由于形成難溶的TiNTiN而消除了鋼中的自由氮，從而而消除了鋼中的自由氮，從而改善鋼的韌性改善鋼的韌性。過量

14、會形。過量會形成對韌性不利的成對韌性不利的TiCTiC。鈦含量鈦含量0.090.09時，焊接組織中一般不會發(fā)生氫致裂紋時，焊接組織中一般不會發(fā)生氫致裂紋。 1. Ti1. Ti元素的作用元素的作用二、微合金元素的影響二、微合金元素的影響2. V2. V元素的作用元素的作用 有輕微的有輕微的細(xì)化組織細(xì)化組織作用，在作用，在相變中發(fā)生相間沉淀，形成非常細(xì)小相變中發(fā)生相間沉淀，形成非常細(xì)小的合金碳化物，起的合金碳化物，起沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化作用。作用。 3. B3. B元素的作用元素的作用促進(jìn)貝氏體的形成。加入促進(jìn)貝氏體的形成。加入0.001%0.001%的硼，就可使鋼的顯微組織全部轉(zhuǎn)變?yōu)榈呐?，就可使?/p>

15、的顯微組織全部轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w。過量的硼雖然可以顯著提高強(qiáng)度，但卻能貝氏體。過量的硼雖然可以顯著提高強(qiáng)度，但卻能降低鋼的韌性降低鋼的韌性，特別，特別是對脆性轉(zhuǎn)變溫度影響很大是對脆性轉(zhuǎn)變溫度影響很大。（控制含量）。（控制含量）合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響 a a）顯著的顯著的晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化作用和作用和中等的沉淀強(qiáng)化中等的沉淀強(qiáng)化作用作用； b b）增加強(qiáng)度的同時降低韌脆轉(zhuǎn)化溫度。增加強(qiáng)度的同時降低韌脆轉(zhuǎn)化溫度。4. Nb4. Nb元素的作用元素的作用二、微合金元素的影響二、微合金元素的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響(a)不含Nb(b

16、)0.018%Nb(e)0.043%NbNb對熔敷金屬顯微組織的影響(350X)NbNb對熔敷金屬組織和性能的影響對熔敷金屬組織和性能的影響 不含不含NbNb的熔敷金屬顯微組織中，粒狀貝氏體小島總量較少，呈的熔敷金屬顯微組織中，粒狀貝氏體小島總量較少，呈顆粒狀，尺寸細(xì)小顆粒狀，尺寸細(xì)小; ;隨著隨著NbNb含量的增加，熔敷金屬顯微組織細(xì)化，粒含量的增加，熔敷金屬顯微組織細(xì)化，粒狀貝氏體的小島總量明顯增加且均勻分布于鐵素體基體上狀貝氏體的小島總量明顯增加且均勻分布于鐵素體基體上; ;進(jìn)一步增進(jìn)一步增加加NbNb含量，熔敷金屬顯微組織中粒狀貝氏體小島呈不連續(xù)的長條形，含量，熔敷金屬顯微組織中粒狀貝

17、氏體小島呈不連續(xù)的長條形，且相互趨向于平行排列。且相互趨向于平行排列。(a)熔敷金屬不含熔敷金屬不含Nb(b)熔敷金屬含熔敷金屬含NbNbNb對熔敷金屬斷口微觀形貌的影響對熔敷金屬斷口微觀形貌的影響 熔敷金屬不含熔敷金屬不含NbNb時，由于斷口無放射區(qū)而表現(xiàn)為全部的時，由于斷口無放射區(qū)而表現(xiàn)為全部的韌窩形貌韌窩形貌; ;加加NbNb的熔敷金屬斷口以的熔敷金屬斷口以韌窩形貌韌窩形貌為主，在斷口中部放射區(qū)主要是為主，在斷口中部放射區(qū)主要是準(zhǔn)解理形貌加準(zhǔn)解理形貌加上少量的韌窩上少量的韌窩。加。加NbNb的熔敷金屬，其宏觀形貌放射區(qū)在掃描電鏡下主要表的熔敷金屬，其宏觀形貌放射區(qū)在掃描電鏡下主要表現(xiàn)為準(zhǔn)

18、解理特征，從力學(xué)性能上反映則為現(xiàn)為準(zhǔn)解理特征，從力學(xué)性能上反映則為低溫韌性比不加低溫韌性比不加NbNb的熔敷金屬低的熔敷金屬低。NbNb對熔敷金屬組織和性能的影響對熔敷金屬組織和性能的影響熔敷金屬屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨熔敷金屬屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨NbNb含量的增加而提高。含量的增加而提高。 熔敷金屬中不同Nb含量對熔敷金屬強(qiáng)度的影響 Nb含量對熔敷金屬強(qiáng)度增加百分?jǐn)?shù)的影響 Nb含量對熔敷金屬伸長率的影響 Nb含量對熔敷金屬低溫韌性的影響NbNb對熔敷金屬組織和性能的影響對熔敷金屬組織和性能的影響釩在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用分解示意圖釩在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用分解示意圖1. 1. 稀土對稀土對珠光珠

19、光體體數(shù)量形態(tài)影響數(shù)量形態(tài)影響未加稀土樣的珠光體形態(tài)不規(guī)則，且有輕度魏氏組織形成；適量稀土未加稀土樣的珠光體形態(tài)不規(guī)則，且有輕度魏氏組織形成；適量稀土1741741010-6-6，使魏氏體組織消除，使魏氏體組織消除，P P多呈球態(tài)，且量減少；加入過量稀土，多呈球態(tài)，且量減少；加入過量稀土，雖雖P P有一定細(xì)化，但有一定細(xì)化，但金屬間化合物在晶界聚集，惡化晶界，金屬間化合物在晶界聚集，惡化晶界，WW組織又出現(xiàn)。組織又出現(xiàn)。 三、稀土對鋼組織性能的影響三、稀土對鋼組織性能的影響稀土在晶界富集，降低界面能，消弱晶界形核的優(yōu)勢；固溶稀土對碳稀土在晶界富集，降低界面能，消弱晶界形核的優(yōu)勢；固溶稀土對碳具

20、有強(qiáng)大的交互作用，使碳的富集和擴(kuò)散減弱，使具有強(qiáng)大的交互作用，使碳的富集和擴(kuò)散減弱，使P數(shù)量減少且細(xì)化。數(shù)量減少且細(xì)化。2. 2. 稀土對稀土對B B及及M組織的影響組織的影響 加適量稀土加適量稀土1741741010-6 -6 ，組織從板條狀貝氏體變?yōu)榱钬愂象w，且數(shù)量減少，組織從板條狀貝氏體變?yōu)榱钬愂象w，且數(shù)量減少; ;稀土過量稀土過量(665(6651010-6-6) )，試樣板條狀貝氏體又增加。，試樣板條狀貝氏體又增加。 稀土有抑制貝氏體轉(zhuǎn)變，并使其數(shù)量減少的作用。稀土有抑制貝氏體轉(zhuǎn)變，并使其數(shù)量減少的作用。 適量稀土可細(xì)化和阻止奧氏體晶粒長大，改善馬氏體組織；過量則適量稀土可細(xì)化和

21、阻止奧氏體晶粒長大，改善馬氏體組織；過量則M M變短、粗變短、粗合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響3. 3. 稀土對氫脆的影響稀土對氫脆的影響 稀土元素如稀土元素如La, SeLa, Se和碳化物形成元素和碳化物形成元素Ti, V, Al, Nb, ZrTi, V, Al, Nb, Zr等等能夠增加氫陷阱的數(shù)量，降低陷阱中富積的氫含量，同時稀土元素能夠增加氫陷阱的數(shù)量，降低陷阱中富積的氫含量，同時稀土元素能夠改變能夠改變MnSMnS夾雜物的形狀，使其變圓變細(xì)，從而能增加氫陷阱中夾雜物的形狀，使其變圓變細(xì)，從而能增加氫陷阱中的臨界氫濃度。的臨界氫濃度。三、稀土對鋼組織性

22、能的影響三、稀土對鋼組織性能的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響4.4.與低熔點(diǎn)的與低熔點(diǎn)的AsAs、SnSn等化合成高熔點(diǎn)化合物溶于鐵素體中，凈化晶等化合成高熔點(diǎn)化合物溶于鐵素體中，凈化晶界，有助于減輕硫化氫腐蝕。界，有助于減輕硫化氫腐蝕。5. 5. 除硫。除硫。四、石油管鋼的組織細(xì)化與性能四、石油管鋼的組織細(xì)化與性能超細(xì)晶鋼的屈服強(qiáng)度超細(xì)晶鋼的屈服強(qiáng)度與與d d-1/2-1/2間仍基本符合間仍基本符合Hall-PatchHall-Patch關(guān)系關(guān)系: : s=0+Kd-1/2 圖圖3 337 37 超細(xì)晶粒鋼超細(xì)晶粒鋼d d-1/2-1/2與屈服強(qiáng)度間的關(guān)系與

23、屈服強(qiáng)度間的關(guān)系1. 1. 晶粒尺寸與屈服強(qiáng)度的關(guān)系晶粒尺寸與屈服強(qiáng)度的關(guān)系晶粒細(xì)化后的細(xì)晶強(qiáng)化效果晶粒細(xì)化后的細(xì)晶強(qiáng)化效果很明顯。但當(dāng)鐵素體晶粒尺很明顯。但當(dāng)鐵素體晶粒尺寸細(xì)化至寸細(xì)化至0.92um0.92um時，其屈服時，其屈服強(qiáng)度僅為強(qiáng)度僅為630MPa630MPa，與普通，與普通晶粒度級別的鋼相比，強(qiáng)度晶粒度級別的鋼相比，強(qiáng)度提高不是很大。提高不是很大。合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響四、石油管鋼的組織細(xì)化與性能四、石油管鋼的組織細(xì)化與性能2. 2. 晶粒尺寸與強(qiáng)度及延性的關(guān)系晶粒尺寸與強(qiáng)度及延性的關(guān)系圖圖3 339 39 鐵素體晶粒尺寸對實(shí)驗(yàn)鋼強(qiáng)度和延性的

24、影響鐵素體晶粒尺寸對實(shí)驗(yàn)鋼強(qiáng)度和延性的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響四、石油管鋼的組織細(xì)化與性能四、石油管鋼的組織細(xì)化與性能3. 3. 晶粒尺寸與沖擊韌性的關(guān)系晶粒尺寸與沖擊韌性的關(guān)系圖圖3 340 40 鐵素體晶粒尺寸與鋼材沖擊韌性的關(guān)系鐵素體晶粒尺寸與鋼材沖擊韌性的關(guān)系合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響四、石油管鋼的組織與性能四、石油管鋼的組織與性能（1 1）優(yōu)良的強(qiáng)韌性）優(yōu)良的強(qiáng)韌性 原因：原因： 針狀鐵素體形成過程中的過飽和固溶及細(xì)小亞結(jié)構(gòu)針狀鐵素體形成過程中的過飽和固溶及細(xì)小亞結(jié)構(gòu)多位多位向析出的針狀鐵素體板條束及其細(xì)小的有

25、效晶粒尺寸。向析出的針狀鐵素體板條束及其細(xì)小的有效晶粒尺寸。1. 1. 針狀鐵素體鋼的特性針狀鐵素體鋼的特性（2 2）較高的形變強(qiáng)化抗力和小的）較高的形變強(qiáng)化抗力和小的BauschingerBauschinger效應(yīng)。效應(yīng)。 Bauschinger Bauschinger效應(yīng)效應(yīng)材料預(yù)先加載產(chǎn)生少量變形，后同向加載則材料預(yù)先加載產(chǎn)生少量變形，后同向加載則ee增加，反向加載則增加，反向加載則ee降低的現(xiàn)象。降低的現(xiàn)象。 原因：原因： 針狀鐵素體細(xì)小的亞結(jié)構(gòu)針狀鐵素體細(xì)小的亞結(jié)構(gòu)其高密度可移動位錯易于實(shí)現(xiàn)其高密度可移動位錯易于實(shí)現(xiàn)多滑移，使針狀鐵素體具有連續(xù)的屈服行為和高的形變強(qiáng)化能力多滑移，使針

26、狀鐵素體具有連續(xù)的屈服行為和高的形變強(qiáng)化能力 。（3 3）良好的耐蝕和焊接性能。）良好的耐蝕和焊接性能。 合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響四、石油管鋼的組織與性能四、石油管鋼的組織與性能2.2.中中MnMn低低MoMo氮化鈦沉淀型針狀鐵素體鋼（北極管線鋼）氮化鈦沉淀型針狀鐵素體鋼（北極管線鋼） 低低C C、中、中MnMn的針狀鐵素體鋼，利用鋼板中細(xì)小的氮化鈦沉淀（的針狀鐵素體鋼，利用鋼板中細(xì)小的氮化鈦沉淀（TiNTiN不大于不大于0.020.02）阻止在）阻止在HAZHAZ中的晶粒粗化，中的晶粒粗化，增加基體合金和焊縫的韌性，增加基體合金和焊縫的韌性，降低了降低了C

27、 C、MnMn和和MoMo來提高可焊性。降低來提高可焊性。降低MnMn和和MoMo所帶來的強(qiáng)度降低是所帶來的強(qiáng)度降低是用加用加V V和運(yùn)用嚴(yán)格的控制軋制來彌補(bǔ)，韌性則靠增加板坯中的細(xì)小和運(yùn)用嚴(yán)格的控制軋制來彌補(bǔ)，韌性則靠增加板坯中的細(xì)小TiNTiN含含量來提高的。量來提高的。這種細(xì)小的沉淀對鋼板再加熱時獲得細(xì)化的奧氏體晶粒也這種細(xì)小的沉淀對鋼板再加熱時獲得細(xì)化的奧氏體晶粒也有效。有效。 合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響合金元素對管線鋼焊接裂紋的影響組織對管線鋼抗裂紋性能的影響組織對管線鋼抗裂紋性能的影響1.1.顯微組織對顯微組織對SCCSCC性能的影響性能的影響 淬火加高溫回火得到鐵素體上均勻彌

28、散分布球狀碳化物組織，淬火加高溫回火得到鐵素體上均勻彌散分布球狀碳化物組織，具有較少的氫原子具有較少的氫原子“陷井陷井”，捕獲氫量較低，捕獲氫量較低, , 最接近熱力學(xué)平衡最接近熱力學(xué)平衡狀態(tài)，故抗?fàn)顟B(tài)，故抗SCCSCC性能最好，同時也是沖擊韌性最好的組織。性能最好，同時也是沖擊韌性最好的組織。 王斌，等王斌，等. . 合金元素和控制軋制對低合金高強(qiáng)度鋼抗硫化氫合金元素和控制軋制對低合金高強(qiáng)度鋼抗硫化氫腐蝕的影響腐蝕的影響. .腐蝕與防護(hù)腐蝕與防護(hù).2005.2005，2626（9 9）：）：402402406406； 從奧氏體區(qū)緩冷、正火和回火或等溫處理得到的粗大球狀或從奧氏體區(qū)緩冷、正火和

29、回火或等溫處理得到的粗大球狀或薄片狀碳化物組織抗薄片狀碳化物組織抗SCCSCC性能較差，而淬火后未經(jīng)回火的馬氏體性能較差，而淬火后未經(jīng)回火的馬氏體組織抗組織抗SCCSCC性能最差。性能最差。 貝氏體組織惡化了硫化物腐蝕破裂性能，當(dāng)貝氏體含量減少貝氏體組織惡化了硫化物腐蝕破裂性能，當(dāng)貝氏體含量減少時，不良影響減輕。時，不良影響減輕。組織對管線鋼抗裂紋性能的影響組織對管線鋼抗裂紋性能的影響1.1.顯微組織對顯微組織對SCCSCC性能的影響性能的影響u 控制焊接過程，使硫化物呈細(xì)小球形、彌散均布；同時追求組織均勻；焊接時控制熔池及冷卻速度，避免原始偏析，防止包析反應(yīng)中產(chǎn)生的樹枝晶的成分偏析，增加相轉(zhuǎn)

30、變的冷速可降低二次偏析；盡可能使晶粒均勻細(xì)化，組織組織致密，增大H的擴(kuò)散激活能。 王斌，等王斌，等. . 合金元素和控制軋制對低合金高強(qiáng)度鋼抗硫化氫合金元素和控制軋制對低合金高強(qiáng)度鋼抗硫化氫腐蝕的影響腐蝕的影響. .腐蝕與防護(hù)腐蝕與防護(hù).2005.2005，2626（9 9）：）：402402406406；u奧氏體小于37時，氫脆敏感性隨奧氏體的增多而降低，且氫脆極易沿低溫反常組織（馬氏體、貝氏體）傳播，故大量殘余奧氏體能減少氫脆的擴(kuò)展速度，使抗硫化氫應(yīng)力腐蝕能力增強(qiáng)。 組織對管線鋼抗裂紋性能的影響組織對管線鋼抗裂紋性能的影響u控制焊接過程，使控制焊接過程，使硫化物呈細(xì)小球形、彌散均布硫化物呈

31、細(xì)小球形、彌散均布；同時追求組織均勻；同時追求組織均勻；焊接時控制熔池及冷卻速度，避免原始偏析，防止包析反應(yīng)中產(chǎn)生的樹焊接時控制熔池及冷卻速度，避免原始偏析，防止包析反應(yīng)中產(chǎn)生的樹枝晶的成分偏析，增加枝晶的成分偏析，增加相轉(zhuǎn)變的冷速可降低二次偏析；盡可能使相轉(zhuǎn)變的冷速可降低二次偏析；盡可能使晶粒均勻細(xì)化，組織組織致密，增大晶粒均勻細(xì)化，組織組織致密，增大H H的擴(kuò)散激活能。的擴(kuò)散激活能。 王斌，等王斌，等. . 合金元素和控制軋制對低合金高強(qiáng)度鋼抗硫化氫合金元素和控制軋制對低合金高強(qiáng)度鋼抗硫化氫腐蝕的影響腐蝕的影響. .腐蝕與防護(hù)腐蝕與防護(hù).2005.2005，2626（9 9）：）：4024

32、02406406；1.1.顯微組織對顯微組織對SCCSCC性能的影響性能的影響u 控制焊接過程，使硫化物呈細(xì)小球形、彌散均布；同時追求組織均勻；焊接時控制熔池及冷卻速度，避免原始偏析，防止包析反應(yīng)中產(chǎn)生的樹枝晶的成分偏析，增加相轉(zhuǎn)變的冷速可降低二次偏析；盡可能使晶粒均勻細(xì)化，組織組織致密，增大H的擴(kuò)散激活能。組織對管線鋼抗裂紋性能的影響組織對管線鋼抗裂紋性能的影響2.2.顯微組織對氫脆及顯微組織對氫脆及HICHIC的影響的影響uH H誘導(dǎo)裂紋最初在馬氏體誘導(dǎo)裂紋最初在馬氏體/ /奧氏體結(jié)構(gòu)和基體界面上以及馬氏體奧氏體結(jié)構(gòu)和基體界面上以及馬氏體/ /奧氏體奧氏體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、MnSMnS和基體界面

33、上形成。馬氏體和基體界面上形成。馬氏體/ /奧氏體結(jié)構(gòu)越多，奧氏體結(jié)構(gòu)越多，HICHIC敏感性越強(qiáng)。敏感性越強(qiáng)。 王斌，等王斌，等. . 合金元素和控制軋制對低合金高強(qiáng)度鋼抗硫化氫合金元素和控制軋制對低合金高強(qiáng)度鋼抗硫化氫腐蝕的影響腐蝕的影響. .腐蝕與防護(hù)腐蝕與防護(hù).2005.2005，2626（9 9）：）：402402406406；HICHIC裂紋形成于馬氏體裂紋形成于馬氏體/ /奧奧氏體結(jié)構(gòu)與基體的界面氏體結(jié)構(gòu)與基體的界面HICHIC裂紋形成于馬氏體裂紋形成于馬氏體/ /奧氏體奧氏體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、MnSMnS與與基體的界面與與基體的界面 組織對管線鋼抗裂紋性能的影響組織對管線鋼抗裂紋性能

34、的影響2.2.顯微組織對氫脆及顯微組織對氫脆及HICHIC的影響的影響 各種組織對各種組織對冷裂紋冷裂紋的的敏感性敏感性由小到大由小到大可排列成如下順序可排列成如下順序: :鐵素體鐵素體(F)(F)珠光體珠光體(P)(P)下貝氏體下貝氏體(B(BL L) )低碳馬氏體低碳馬氏體(M(ML L) )上貝氏體上貝氏體(B(BU U) )粒狀貝氏體粒狀貝氏體(B(BG G) )高碳孿晶馬氏體高碳孿晶馬氏體(M(MU U）。）。組織對管線鋼抗裂紋性能的影響組織對管線鋼抗裂紋性能的影響W2(n)W3(f)W7(n)強(qiáng)度較低時，熔敷金屬的組織以AF為主，板條貝氏體含量較少，AF較粗大，各AF片長寬比為41

35、左右。如左圖強(qiáng)度提高到接近700MPa，AF變的十分細(xì)小，但是貝氏體板條的數(shù)量并未發(fā)生明顯變化。如左圖強(qiáng)度到接近800MPa，組織中貝氏體較多而AF的數(shù)量大大減少，此時AF片的寬度減小，長度急劇加大達(dá)到81甚至更高。上圖中Cr、Mo等合金元素含量較高，熔敷金屬中形成大量的粗大的貝氏體板條，導(dǎo)致W7熔敷金屬低溫沖擊韌性值很低溫沖擊韌性值很低不同熱輸入對不同熱輸入對800Mpa800Mpa鋼級管材焊縫組織的影響鋼級管材焊縫組織的影響30kJ/cm20kJ/cm10kJ/cm 不同焊接熱輸入下焊縫金屬表層焊道的典型組織熱輸入10kJ/cm時，焊縫組織明顯以細(xì)密的板條貝氏體為主，此外針狀鐵素體也占有一

36、定比例，而且其尺寸較大，粒狀貝氏體組織的數(shù)量則顯得很少。熱輸入20kJ/cm時，焊縫組織以細(xì)小的針狀鐵素體為主，而板條貝氏體的數(shù)量大大減少。熱輸入30kJ/cm時，焊縫組織仍以針狀鐵素體為主，針狀鐵素體開始粗化，而且組織開始等軸化，粒狀貝氏體的數(shù)粒狀貝氏體的數(shù)量開始增多，板條貝氏量開始增多，板條貝氏體也變的比較粗大體也變的比較粗大。不同熱輸入的焊縫組織的TEM照片。熱輸入為10kJ/cm時，焊縫金屬貝氏鐵素體板條,及針狀鐵素體的精細(xì)結(jié)構(gòu)照片。熱輸入20kJ/cm時，焊縫金屬貝氏鐵素體板條,及針狀鐵素體的精細(xì)結(jié)構(gòu)照片。熱輸入30kJ/cm時，焊縫金屬貝氏鐵素體板條與等軸化的粒狀貝氏體，和以夾雜物

37、為核心形核的針狀鐵素體的精細(xì)結(jié)構(gòu)照片。10kJ/cm20kJ/cm30kJ/cm不同熱輸入對不同熱輸入對800Mpa800Mpa鋼級管材焊縫組織的影響鋼級管材焊縫組織的影響不同熱輸入對不同熱輸入對800Mpa800Mpa鋼級管材焊縫力學(xué)性能影響鋼級管材焊縫力學(xué)性能影響距焊縫中心的距離/mm焊接熱輸入與焊接接頭顯微硬度的關(guān)系熱輸入對焊縫低溫沖擊韌性的影響不同熱輸入的接頭抗拉強(qiáng)度的影響隨著熱輸入的增大，焊接接頭的強(qiáng)度逐漸下降。熱輸入的變化則通過改變合金元素和冷卻速度兩個因素來影響接頭的性能。1.在不同的熱輸入下都可以獲得具有良好低溫沖擊韌性的焊縫金屬。2.焊縫金屬的沖擊吸收功隨著試驗(yàn)溫度的下降而降低。分析得在整個焊縫金屬中造成了明顯的合金成分的分