今天我们就和朋友们聊聊45号钢的抗拉强度。以下对45号钢抗拉强度的看法希望能帮助您找到您想要的百科全书。
摘要：对10条X80钢燃气管道环焊缝缺陷进行了力学性能测试，并对两类裂纹产生的原因进行了分析。结果表明，10处环焊缝抗拉强度不合格率为10%，焊缝中心冲击功不合格率为21.7%，热影响区冲击功均为合格的；环焊缝、母材和热影响区的维氏硬度均合格，但热影响区有软化。环焊缝的主要缺陷是未熔合和裂纹，占75%。裂纹主要是冷裂纹和结晶裂纹。冷裂纹起源于焊缝根部附近的未熔合缺陷，在约束应力的作用下扩展，导致开裂。结晶裂纹是由于硫元素在底漆焊缝中心晶界上偏析而形成低熔点共晶相，在凝固收缩和拉应力的作用下晶界产生裂纹。
关键词：环焊缝；力学性能；冷裂纹；结晶裂纹
CLC分类号：TG457.6文档代码：A商品编号：1000-3738(2022)01-0061-07
0前言
目前，我国高钢油气管道运营里程已达3.5104公里，居世界第一[1]。据统计，近10年来我国建设的高钢级、大口径油气输送管道中，在试压和初次运行过程中发生环焊缝开裂、泄漏事故30余起。管道，其中70%是由环焊缝造成的。由缺陷引起的[2-3]。可见，环焊缝已成为我国高等级油气输送管道中最脆弱的部位。根据国内外发表的失效分析结果，油气管道的失效模式主要包括断裂、变形、腐蚀和机械损伤四类[4]。罗金恒等.文献[5]统计了近年来高等级管道环向焊缝缺陷引起的10起管道失效案例，发现焊接缺陷引起的内壁开裂是管道失效的主要原因，占比高达90%。
环焊缝裂纹作为油气管道的主要失效形式，具有裂纹长、泄漏量大、严重威胁周围环境和人员安全的特点[6]。因此，定期检查、评估并及时处理环焊缝缺陷具有重要的经济和社会意义。为确保油气管道运行安全，2017年以来，中国石油各管道运营公司对辖区油气管道环焊缝隐患进行了大规模检查和治理，并采取措施排查隐患。隐患排查中发现的环焊缝缺陷。更换管道或加装B型套管等措施[7]。
近期对X80钢燃气管道环焊缝隐患检查中，共发现10处环焊缝存在焊接缺陷。X80钢管的公称直径为1219mm。为了进一步了解上述环焊缝的力学性能和缺陷状况，为X80钢管道环焊缝的后续施工和评价提供参考，笔者对上述环焊缝进行了理化测试、统计和缺陷解剖分析。-提到的环焊缝。
1样品制备及测试方法
研究对象为某燃气管道中存在安全隐患的10个环焊缝，其母材均为X80钢。现场焊接工艺以钨极气体保护焊（GTAW）为基础，焊接材料型号为ER50-6；自保护药芯焊丝半自动焊（FCAW）填充压盖，焊接材料型号为E81T8-Ni2J。其中：1#和2#环焊缝连接两根可自由旋转的钢管。1#环焊缝上、下游管道均为螺旋埋弧焊管。2#环焊缝上游管道为螺旋埋弧焊管。管材为直缝冷弯弯头；3#~5#环焊缝是两个固定管段用一段钢管连接在一起（接头）时通过焊接形成的环焊缝，6#~10#则是后焊形成的环焊缝。3#~10#环缝焊管上游管道有螺旋埋弧焊管、直缝冷弯管、螺旋埋弧焊管、螺旋埋弧焊管、螺旋埋弧焊管、直缝冷弯管、螺旋埋弧焊管管、直缝冷弯管，下游管道有螺旋埋弧焊管、直缝冷弯管、直缝冷弯管、直缝冷弯管、螺旋埋弧焊管、螺旋埋弧焊管、螺旋埋地焊管电弧焊管电弧焊管、螺旋埋弧焊管。
采用MC-3000C超声波测厚仪、焊接检验尺、钢卷尺等对10条环向焊缝及其上下游管道的几何尺寸进行了测量。根据SY/T4109-2013，采用XT1605C型射线探伤机对环缝焊缝进行射线探伤。透照方式为中心透照，焦距610mm，管电压160kV，管电流5mA，曝光时间4分钟。按照GB/T4336-2016，从环焊缝上方和下游的管道取样，采用ARL4460直读光谱仪进行化学成分分析。检测样品数量为螺旋埋弧焊管样品13个，直缝冷弯弯头样品13个。数量是7。
按Q/SYGJX0110-2007和GB/T228.1-2010规定，10个环向焊缝0、3、6、9点位置无缺陷部位，沿轴向取全壁厚以焊缝为中心。样品长230mm，宽25mm。按标准要求去除焊缝加强筋；采用SHT4106微机控制电液伺服万能试验机进行室温拉伸试验，应变速率为0.4min-1。按照Q/SYGJX0110-2007和GB/T2650-2008的规定，在0点和3点环焊缝无缺陷部位取样，每个焊缝中心和热影响区取样3个，尺寸为10mm10mm55mm，缺口形式为V型，缺口位置符合标准要求，焊缝中心试样和热影响区试样数量均为60个。采用PSW750冲击试验机进行冲击试验，试验温度为-10。按照Q/SYGJX0110-2007和GB/T4340.1-2009，采用KB30BVZ-FA维氏硬度计测试硬度。试验载荷为98.07N，载荷保持时间为15s。测量点位于母材区域和热影响区域。如图1所示，每个关节总共取16个测试点。
在环焊缝裂纹处取焊缝截面样品，研磨抛光，用5%硝酸酒精溶液腐蚀10秒。然后使用SmartZoom5超景深数码显微镜和MEF4M光学显微镜观察裂纹形貌和显微结构，使用HITACHSU3500扫描电子显微镜附带的OxfordX-maxN型能谱仪（EDS）进行观察用于微区域成分分析。
2测试结果与讨论
2.1几何尺寸
从表1可以看出，10处环焊缝的上下游管道几何尺寸均符合标准要求，但环焊缝几何尺寸控制不好，有8处存在超高度或超标现象。错位。
2.2无损检测
从表2可以看出，环焊缝的缺陷主要是未熔合和裂纹，约占总缺陷的75%。
2.3化学成分
从表3可以看出，钢管的化学成分全部符合Q/SYGJX0102-2007和Q/SYGJX0104-2007标准的要求；螺旋埋弧焊管和直缝冷弯管的碳当量分别为0.17%~0.20%和0.16。~0.20%，均满足技术指标要求（不高于0.23%），说明管道具有良好的焊接性。
2.4拉伸性能
从图2可以看出，的40个环焊缝拉伸试件中，有4个试件的抗拉强度小于625MPa，不符合Q/SYGJX0110-2007标准的要求，且抗拉强度故障率为10%；不同位置样品的平均抗拉强度范围为MPa，波动较小。另外，在拉伸过程中，40个样品中有17个在母材断裂，21个在焊缝断裂，2个在熔合区断裂；抗拉强度不合格的4个样品中，有3个在焊缝处断裂，1个在熔合区断裂。从以上统计结果来看，环焊缝的强度低于钢管母材（钢管母材的抗拉强度测试结果均高于755MPa）。
2.5冲击性能
从图3可以看出，焊缝中心部分：个试样的冲击功不合格，统计不合格率为21.7%（不小于60J为合格）；试样热影响区冲击功均合格（不小于60J）。60J合格），但热影响区冲击功值的离散度大于焊缝中心；热影响区的冲击功平均值比焊缝中心高约125J。
2.6维氏硬度
从图4可以看出，10环焊缝不同位置的维氏硬度测试结果分布在HV之间，满足标准要求（测试点样品数量为160个，且不高于300HV合格）；热影响区存在一定程度的软化，底焊缝的平均硬度低于母材和盖焊缝。
2.7裂纹形成原因
2.7.17#环焊缝裂纹形成原因
7#环焊缝有2条裂纹。两种裂纹均源于底部焊缝和填充焊缝交界处的未熔合缺陷。两者均从未熔合缺陷延伸至上部填充焊缝和焊缝根部，如图5所示。取其中一条裂纹进一步观察。从图6可以看出，的裂纹呈锯齿状扩展，在填充焊缝中向上扩展时，在局部位置（位置2）出现了二次裂纹；未熔合缺陷呈三角形，裂纹均位于未熔合缺陷的三个尖角处。发生扩展，裂纹呈现沿晶和穿晶特征；裂纹沿焊缝的周向扩展长度远大于沿焊缝轴向的扩展长度。
7#环焊缝是管接头背面的焊缝。由于焊接时两侧管道是固定的，焊缝中存在较大的约束应力，是裂纹扩展的外部原因。底漆焊缝和填充焊缝的连接处存在未熔合缺陷。未熔合焊缝边缘存在很窄的尖角，应力集中程度大。这是裂纹扩展的内在原因。童远涛等人的研究也证实了这一点。[8]赵金兰等.[9]，即未融合缺损末端通常有一个狭窄而尖锐的间隙，尖端前面的融合线因两侧组织不同而不同。它成为焊缝的薄弱区域，容易产生裂纹。因此，环向焊缝裂纹应该发生在管道施工期间（焊后）。在约束应力的作用下，裂纹起源于未熔合缺陷边缘的尖角，并主要沿焊缝周向扩展，最终形成以未熔合缺陷为裂纹源的冷裂纹。
2.7.28#环焊缝裂纹形成原因
从图7可以看出，8#环焊缝裂纹位于焊缝根部区域中部，并贯穿整个底部焊缝。裂纹前端终止于填充焊缝下方的熔合线处；裂缝两侧结构呈柱状。并且几乎垂直于裂纹的方向，裂纹两侧的柱状晶正面有许多大小不等的孔洞；进一步观察发现，裂纹两侧底漆焊缝组织未见异常，均为多边形铁素体（PF）粒状贝氏体。(GB)少量晶内针状铁素体(IAF)结构；裂缝两侧结构存在局部聚集孔洞，局部裂缝边缘呈锯齿状。
从图8可以看出，8#环焊缝裂纹沿晶界扩展。
从图9和表4可以看出，的位置14为裂纹附近焊缝金属中的大量偏析区域，位置5为裂纹附近焊缝金属中的正常区域；块状偏析区硫、碳含量明显偏高，而正常区不存在硫、碳等元素。可见，8#环焊缝裂纹两侧局部聚集的孔洞实际上是硫、碳等元素形成的低熔点杂质的偏析区域。
8#环焊缝裂纹位于底漆焊缝两侧平行生长柱状晶交界处。裂纹走向近似垂直于柱状晶的生长方向，呈现晶间裂纹特征；在接近裂纹的底漆焊缝中，存在硫、碳等元素的偏析。管线钢焊接熔池结晶过程中，硫、磷等元素的存在极易引起结晶偏析，形成多种低熔点化合物或共晶相[10-12]；在熔池结晶后期，结晶后的低熔点成分和杂质被排斥到柱状晶的前缘或相邻柱状晶的交界处，形成铺展在晶粒间的液膜。当冷却过程中因收缩不均匀而引起的拉伸变形超过允许值时，就会在晶界处形成。分离形成结晶裂纹[13]。另外，当硫以FeS形式存在时，由于FeS在铁水中几乎可以无限溶解，而在固体铁中的溶解度仅为0.015%~0.020%，因此很容易形成低熔点的共晶FeS在凝固后期。（熔点985C）或FeSFeO（熔点940C）在晶界偏析，从而增加了形成结晶裂纹的倾向[14-15]。综上可知，8#环焊缝裂纹为结晶裂纹。其形成原因是硫元素在底漆焊缝中心偏析，形成低熔点共晶相，在凝固收缩和拉应力的作用下产生裂纹。
3结论
（1）存在安全隐患的10条环焊缝中，管道连接后焊接的焊缝比例高达50%；环焊缝几何尺寸控制不好，10条环焊缝中有8条存在补强或误差。余量超差现象。
(2)10个环向焊缝抗拉强度不合格率为10%，且环向不同位置的平均抗拉强度分布较为均匀；焊缝中心冲击功不合格率为21.7%，热影响区冲击功全部合格，且平均值高于焊缝中心；环焊缝、母材和热影响区维氏硬度均合格，但热影响区有一定程度的软化，底漆焊缝硬度低于母材和盖焊缝。
(3)环焊缝缺陷主要为未熔合和裂纹，占75%。管道连接后环焊缝出现两条冷裂纹，均源于焊缝根部附近的未熔合缺陷，在约束应力作用下裂纹扩展；一根晶体裂纹是由于硫元素在底漆焊缝中心偏析造成的。并形成低熔点共晶相，在凝固收缩和拉应力的作用下产生裂纹。
(4)建议进一步优化焊接工艺，确保焊缝强度、韧性满足标准要求；加强接头的焊接质量控制，特别是重点检查根部焊接部分的焊接质量，避免出现未熔合、内壁焊趾坡口等容易理解的焊接现象。诱发裂纹的缺陷；严格控制焊接材料成分并调整焊接工艺，避免硫元素在焊缝中心偏析。
第：章
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文章来源素材及测试网期刊文章机械工程材料第46卷第1期(pp:61-67)