焊接是钢管制造和42crmo合金钢管管道建设的关键环节之一

焊接是钢管制造和42crmo合金钢管管道建设的关键环节之一

42crmo合金钢管对于长距离天然气输送42crmo合金钢管管道，采用高钢级42crmo合金钢管管线钢是节省成本的主要方法。加拿大42crmo合金钢管管道工业的实践证明：同X60相比，采用X70输送42crmo合金钢管的壁厚可以减小14%;同X70相比，采用X8042crmo合金钢管的壁厚可以进一步减小12.5%。焊接是钢管制造和42crmo合金钢管管道建设的关键环节之一，由于受到不均匀的焊接热循环作用，其焊接热影响区(HAZ)是42crmo合金钢管管道的薄弱部位。冷却速度是决定HAZ组织性能的主要参数，它与焊接热输入、工件厚度和周围散热条件有关。因此，制定合理焊接工艺，控制焊接冷却速度，使HAZ得到优良的组织性能，避免HAZ裂纹的产生，从而保证42crmo合金钢管管道的运行安全。本文利用Gleeble3500热模拟试验机，对X8042crmo合金钢管管线钢HAZ的连续冷却转变曲线(simulated heat-affected zone continuous cooling transformation，SH-CCT)进行了测定，研究了不同冷却速度下HAZ的组织、硬度和冲击性能的变化规律，以便于对X8042crmo合金钢管管线钢HAZ的组织性能预测及合理焊接工艺的制定。
实验用材为22.0mm厚的X8042crmo合金钢管管线钢钢板，其化学成分(质量分数，%)为：0.055C，0.15Si，1.84Mn，0.026Cr，0.24Mo，0.27Ni，0.023Nb，0.0054V，0.012Ti，0.29Cu，0.0001B，0.028Al，0.0046N，0.0063P，0.0023S;其抗拉强度为687MPa，屈服强度为566MPa，组织为B粒+PF+MA+P。
将实验用X8042crmo合金钢管管线钢加工成圆棒试样和ISO-Q试样，利用Gleeble3500热模拟试验机、CCT膨胀仪和ISO-Q装置进行热模拟试验。首先将试样以0.05℃/s的速率缓慢加热至1050℃，测得X8042crmo合金钢管管线钢的临界相变点Ac1和Ac3。然后，将试样以200℃/s的速度加热到峰值温度1300℃，保温1s后，用8s从1300℃降温到900℃后，再分别以0.05、0.1、0.3、0.5、1、2、3、5、10、15、20、30、50、60、100和200℃/s的速度冷却到室温，测定试样的膨胀曲线，确定材料在各个冷却速度下对应的相变温度，从而得到X8042crmo合金钢管管线钢的SH-CCT曲线。
随着冷却速度增加，X8042crmo合金钢管管线钢HAZ的显微组织由以多边形铁素体为主，转变为以B粒或板条马氏体为主，硬度随之升高。当焊接热输入太大或预热温度过高，冷却速度低于2℃/s时，X8042crmo合金钢管管线钢HAZ的组织以多边形铁素体或B粒为主，但由于珠光体的存在和MA岛状组织块状分布，导致粗晶区的冲击性能较差。当焊接热输入太小，预热温度太低，冷却速度大于30℃/s时，X8042crmo合金钢管管线钢HAZ的组织以BF或片状马氏体为主，导致粗晶区的冲击性能降低。制定合理的焊接工艺，控制冷却速度在2～30℃/s范围内，X8042crmo合金钢管管线钢HAZ组织以B粒为主，MA岛状组织呈弥散分布，其粗晶区具有合适的硬度和优良的冲击性能。