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X80管线钢焊接性模拟及其裂纹预测

李亚娟  
【摘要】:随着油气输送管线建设向着长距离、高压力、大输量、低成本方向的发展,推动着管线钢向高钢级、大口径方向发展。X80管线钢以其优良的强韧性,成为21世纪油气输送首选钢级。本课题以两种不同合金化的X80管线钢为研究对象,应用相变热、动力学、金属物理学和弹塑性力学等基本理论,采用物理模拟和数值模拟相结合的手段,研究了X80管线钢焊接粗晶区的组织和性能;对X80管线钢焊接接头进行了应力模拟;采用插销试验研究了X80管线钢的冷裂敏感性。 采用一次回归正交试验方法,考察焊接热输入和预热温度两个因素的影响,利用焊接热模拟技术对不同焊接工艺条件下Nb-Cr系X80管线钢焊接热影响区粗晶区的组织和性能进行了研究。结果表明,Nb-Cr系X80管线钢粗晶区的主体组织是贝氏体,随着冷却速度提高有无碳贝氏体、粒状贝氏体和板条贝氏体三种形态。对焊接热影响区粗晶区的硬度和韧性分别建立了预测模型,预测值与实测值吻合程度较好。 基于焊接传热学、热弹塑性理论以及相变热、动力学理论,考虑了材料的物理性能与温度之间的非线性关系,以及温度场、组织转变场和应力应变场之间的作用,利用SYSWELD工程有限元计算软件对Nb-Mo系X80管线钢焊接应力进行了计算。结果表明,随着热输入的增大和预热温度的提高,残余应力峰值逐渐降低。所以在实际焊接过程中,为了降低残余应力,应尽量选用较大热输入和较高预热温度。 采用插销试验,对Nb-Cr、Nb-Mo两种合金化X80管线钢焊接冷裂纹敏感性进行了研究。结果表明,两种钢均具有良好的抗冷裂纹能力;为了进一步提高Nb-Mo系X80管线钢的抗裂敏感性,除将扩散氢含量控制在低水平,还应采用大的热输入配合低的预热温度或小的热输入配合高的预热温度。通过回归分析获得了Nb-Mo合金化的X80管线钢焊接冷裂纹下临界应力判据公式,利用判据对实际的焊接接头的冷裂倾向进行了预测。


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