對于長距離天然氣輸送管道，采用高鋼級管線鋼是節(jié)省成本的主要方法。加拿大管道工業(yè)的實踐證明：同X60相比，采用X70輸送管的壁厚可以減小14%;同X70相比，采用X80輸送管的壁厚可以進一步減小12.5%。焊接是鋼管制造和管道建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，由于受到不均勻的焊接熱循環(huán)作用，其焊接熱影響區(qū)(HAZ)是管道的薄弱部位。冷卻速度是決定HAZ組織性能的主要參數(shù)，它與焊接熱輸入、工件厚度和周圍散熱條件有關(guān)。因此，制定合理焊接工藝，控制焊接冷卻速度，使HAZ得到優(yōu)良的組織性能，避免HAZ裂紋的產(chǎn)生，從而保證管道的運行安全。本文利用Gleeble3500熱模擬試驗機，對X80管線鋼HAZ的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(simulated heat-affected zone continuous cooling transformation，SH-CCT)進行了測定，研究了不同冷卻速度下HAZ的組織、硬度和沖擊性能的變化規(guī)律，以便于對X80管線鋼HAZ的組織性能預(yù)測及合理焊接工藝的制定。
實驗用材為22.0mm厚的X80管線鋼鋼板，其化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)為：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;其抗拉強度為687MPa，屈服強度為566MPa，組織為B粒+PF+MA+P。
將實驗用X80管線鋼加工成圓棒試樣和ISO-Q試樣，利用Gleeble3500熱模擬試驗機、CCT膨脹儀和ISO-Q裝置進行熱模擬試驗。首先將試樣以0.05℃/s的速率緩慢加熱至1050℃，測得X80管線鋼的臨界相變點Ac1和Ac3。然后，將試樣以200℃/s的速度加熱到峰值溫度1300℃，保溫1s后，用8s從1300℃降溫到900℃后，再分別以0.05、0.1、0.3、0.5、1、2、3、5、10、15、20、30、50、60、100和200℃/s的速度冷卻到室溫，測定試樣的膨脹曲線，確定材料在各個冷卻速度下對應(yīng)的相變溫度，從而得到X80管線鋼的SH-CCT曲線。
隨著冷卻速度增加，X80管線鋼HAZ的顯微組織由以多邊形鐵素體為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐訠粒或板條馬氏體為主，硬度隨之升高。當焊接熱輸入太大或預(yù)熱溫度過高，冷卻速度低于2℃/s時，X80管線鋼HAZ的組織以多邊形鐵素體或B粒為主，但由于珠光體的存在和MA島狀組織塊狀分布，導(dǎo)致粗晶區(qū)的沖擊性能較差。當焊接熱輸入太小，預(yù)熱溫度太低，冷卻速度大于30℃/s時，X80管線鋼HAZ的組織以BF或片狀馬氏體為主，導(dǎo)致粗晶區(qū)的沖擊性能降低。制定合理的焊接工藝，控制冷卻速度在2～30℃/s范圍內(nèi)，X80管線鋼HAZ組織以B粒為主，MA島狀組織呈彌散分布，其粗晶區(qū)具有合適的硬度和優(yōu)良的沖擊性能。
