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《天津大学》 2005年
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X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真

陈翠欣  
【摘要】:高压、大管径、高钢级管线钢是石油、天然气输送管道发展的必然趋势。X80管线钢是控轧控冷的微合金钢,具有高强度和良好的抗延性断裂能力,是输气管道中的高钢级管材。本课题即以X80管线钢为对象,采用物理模拟和定量预测手段,研究其在焊接工艺中所形成接头的性能及冷裂倾向,为X80管线钢在管道上的实际应用提供理论依据。同时还以热动力学、金属物理学和力学等基本理论为基础,计算X80高钢级管线钢焊接接头的热场、应力场,以及显微组织状态场,建立起完善的焊接性评定模型,得出保证X80管线钢焊接接头强韧化的最优化学成分和焊接条件,实现对焊接接头的组织和性能进行预测。 考虑线能量、板厚和预热温度三因素的影响,采用一次正交回归试验方法,制定了试验方案,并测量了不同工艺参数焊接热循环曲线。利用焊接热模拟技术模拟不同焊接工艺条件下的X80管线钢焊接粗晶区的组织和性能。研究结果表明,X80管线钢粗晶区组织主要为贝氏体,具有板条束和粒状两种形态;奥氏体晶粒显著粗化,尺寸约为30~40μm。随着冷却时间t8/5的增加,第二相粒子的数量减少,晶粒尺寸增加,当t8/5在6~8s时,粒状贝氏体含量较高,板条束贝氏体细小且方向性较弱,试样的冲击韧性较高;而当t8/5大于或小于该范围后,粒状贝氏体含量逐渐下降,板条贝氏体逐渐粗大、平行,试样韧性又逐渐降低。M-A组元由于其含量低,尺寸小,对韧性的影响不显著。因此为提高焊接粗晶区的韧性,应采用小线能量和合适的预热温度来控制晶粒尺寸和组织形态。 以焊接传热学、Leblond相变理论和热弹塑性理论为基础,考虑了材料物理性能参数与温度的非线性关系,以及温度分布、相变类型和比例以及应力应变之间的相互作用,采用SYSWELD有限元数值模拟软件实现了温度场、组织转变场和应力应变场三场耦合计算。 根据不同工艺参数的热循环曲线建立了X80管线钢热循环方程,并在热模拟数据的基础上建立了HAZ粗晶区的奥氏体晶粒长大动力学方程。采用Voronoi初始网格和Radhakrishnan算法,在MATLAB平台上编写了MC模拟微观组织的程序,实现了不同时刻晶粒长大演变情况的模拟。其模拟结果与试验结果吻合较好。 以VB6.0为平台设计了管线钢焊接性评定系统,用户可以实现焊接工艺参数的输入,材料的选择,模型的选择或自定义,评定结果的输出等功能。采用该系统可实现对X80管线钢的焊接性(包括冷裂纹敏感性、过热区的组织和奥氏体晶粒尺寸以及硬度和韧性)进行预测。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TG406

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【引证文献】
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5 高颖;李强;;大口径直缝焊管有限元仿真技术[J];重型机械;2008年04期
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4 高颖;大口径直缝焊管JCO成形过程理论分析与计算机仿真[D];燕山大学;2011年
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【共引文献】
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1 刘俊松;陈学东;卜华全;姜恒;;07MnNiCrMoVDR钢再热裂纹敏感性研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
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7 张柯柯;陈大柔;涂益民;薛锦;;锌基合金焊接研究的新发展[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
8 刘民;;16Mn钢厚板埋弧自动焊对接接头的磷致裂纹[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
9 石永华;王国荣;李根全;金时麟;;管线钢中沉淀物对水下焊接粗晶区韧性的影响[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
10 秦湘阁;孙建波;;陶瓷烧结的Monte Carlo Potts模型及其比较研究[A];第五届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2004年
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3 杨秀芝;低合金高强钢双丝焊热过程数值模拟及接头组织转变行为研究[D];华中科技大学;2010年
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10 张顺善;双丝间接电弧焊电弧特性及熔滴过渡研究[D];山东大学;2010年
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【同被引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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【二级引证文献】
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1 张彬;郭涛;李文武;孙晓晨;焦书静;;LNG低温储罐用9%镍钢焊接性能研究[A];2010年度海洋工程学术会议论文集[C];2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈怡;低匹配对接接头几何形状对接头弯曲性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2010年
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7 刘建静;大型筒节热轧后喷淋冷却机理和实验研究[D];燕山大学;2012年
8 李志祥;微型客车刚度性能的分析与优化研究[D];上海交通大学;2010年
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 柳绪静;异种金属镁合金和铝合金熔焊焊接性研究[D];大连理工大学;2010年
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3 呼群;服役TP304H炉管的焊接性研究[D];兰州理工大学;2012年
4 付坤;Inconel601焊接性及双P燃烧管工装卡具的研究[D];河北工业大学;2010年
5 石威;基于热模拟技术的X100管线钢焊接性分析[D];西安石油大学;2013年
6 刘志义;X80钢半自动焊及低温焊接施工工艺研究[D];中国石油大学;2011年
7 曹兴华;Q390低合金高强钢焊接性研究[D];南京理工大学;2010年
8 吴振勇;面向对象的工程机械焊接CAPP系统的设计与实现[D];南京航空航天大学;2013年
9 朱刚;B~+级铸钢焊接工艺研究[D];西南交通大学;2010年
10 沈菊华;独立C型半冷半压式液罐焊接技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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