ASTM4130鋼焊接熱影響區(qū)組織與性能研究.pdf

1、鉆井平臺高壓水泥和泥漿系統(tǒng)材料ASTM4130鋼屬于中碳調(diào)質(zhì)合金鋼,含碳量高,以及合金元素的加入,焊接性較差。這種鋼焊接存在的突出問題是冷裂紋和熱影響區(qū)脆化。本文采用插銷試驗對ASTM4130鋼的冷裂敏感性進行了評定,采用焊接熱模擬技術研究了單次熱循環(huán)和二次熱循環(huán)焊后熱處理前后熱影響區(qū)組織和性能的變化規(guī)律,同時研究了實際接頭熱影響區(qū)的組織及常規(guī)和微剪切性能。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴插銷試驗表明,不預熱、預熱100℃和預熱20

2、0℃三種情況下,粗晶區(qū)組織主要為馬氏體和貝氏體,隨預熱溫度升高,馬氏體含量降低,貝氏體含量增加。不預熱和預熱100℃時,斷口具有典型的氫致延遲裂紋斷裂特征。預熱200℃時,斷口不存在氫致延遲裂紋特征。不預熱、預熱100℃、預熱200℃時的臨界斷裂應力分別為344.46 Mpa、642.55MPa、806.11MPa。預熱溫度為200℃,臨界斷裂應力遠遠高于母材的屈服強度,能避免ASTM4130鋼產(chǎn)生焊接冷裂紋。
　　 ⑵熱模擬試

3、驗結(jié)果表明,模擬ASTM4130鋼單道焊接熱影響區(qū),除峰值溫度為700℃的回火區(qū)外,均發(fā)生脆化現(xiàn)象。峰值溫度為1200℃和1350℃的粗晶區(qū)沖擊韌性損失為母材的94.5％,成為單次熱循環(huán)的韌性低谷。峰值溫度為950℃的細晶區(qū)韌性損失為母材的81.37％,脆化程度僅次于粗晶區(qū)。焊接熱輸入在12 kJ/cm～28kJ/cm之間變化時,對粗晶區(qū)韌性影響不大。模擬再熱粗晶區(qū),除峰值溫度為700℃的亞臨界粗晶區(qū)外,粗晶區(qū)韌性進一步降低,發(fā)生熱影響

4、區(qū)整體脆化。峰值溫度為800℃的臨界粗晶區(qū)和峰值溫度為950℃的過臨界粗晶區(qū)的韌性損失分別為母材96.6％和95.7％,脆化最為嚴重,且兩區(qū)存在“組織遺傳”現(xiàn)象。
　　 ⑶熱模擬試驗結(jié)果表明,640℃×1.5h焊后熱處理可完全消除ASTM4130鋼單道焊接熱影響區(qū)脆化。除回火區(qū)外,熱影響區(qū)其它區(qū)域的沖擊韌性顯著提高,硬度明顯降低,未發(fā)現(xiàn)回火脆性現(xiàn)象。焊接熱輸入在12kJ/cm～28kJ/cm之間變化時,粗晶區(qū)的性能均能滿足要求,

5、為提高焊接效率,可采用稍大的熱輸入。640℃×1.5h焊后熱處理未能明顯改善再熱粗晶區(qū)性能。除亞臨界再熱粗晶區(qū)外,熱影響區(qū)的沖擊韌性雖得到一定程度的改善,但均遠遠低于母材的韌性。臨界再熱粗晶區(qū)和過臨界再熱粗晶區(qū)的“組織遺傳”現(xiàn)象未能消除,脆化程度仍然嚴重。接頭的常規(guī)力學性能試驗表明,焊后熱處理溫度為640℃,保溫時間為90min、120min、135min和165min,沖擊功和抗拉強度均能滿足要求,但只有保溫時間165min,硬度才能