西安石油大学本科论文 母材和焊缝都达到了较高的抗开裂性能，热影响区也具备一定的低温抗开裂能力。
4.西气东输二线X80管线钢焊接失效性分析
4.1 X80管线钢在西气东输二线中的应用
西气东输二线西段西起霍尔果斯首站 ，东至宁夏中卫联络站，全长2434 km，设计压力12Mpa，全部采用Φ1219 mm×18.4 mm规格的X80管材。管道走向途经沙漠、戈壁、平原、水网等多种地形、环境复杂的区域，由于X80管线钢具有高强度和良好的抗断裂韧性，采用X80管线钢作为输气管道材料，与西气东输一线比较，强度增加14%，投资降低10%，可以节约钢材14%以上，在减小钢管的壁厚和重量的同时，也提高天然气输送安全。
4.2 X80管线钢焊接失效的原因分析
X80管线钢首次在西气东输二线西段大规模使用，之前未在国内管道工程中得到广泛应用，因此对于X80管线钢焊接的研究，国内行业存在实践经验上的空白。特别是在某站进行气密性试压过程中，曾发生X80管线钢对接环焊缝破裂现象，通过以下步骤的分析研究，可以为我们提供X80管线钢焊接过程中宝贵的经验。 4.2.1 宏观观察
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图4 焊缝裂纹表面宏观形貌
通过肉眼观察X80管线钢对接环焊缝裂纹两侧壁的变形情况及变形程度，裂纹起源于焊缝连接处，该处台阶较尖锐，有应力集中现象，肉眼可见的裂纹长度约占焊缝周长5/6以上，呈“C”型。通过观察，未发现塑性变形的痕迹，原始断裂面有明显反光感，氧
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西安石油大学本科论文 化较轻微，宏观上看裂纹属于脆性断裂 4.2.2 微观组织观察
图5 X80钢焊接裂纹区域断裂取样微观组织和裂纹形貌
通过对断裂区域取样进行微观组织和裂纹形貌分析，由图5可见，焊接裂纹源及裂纹内部有许多与溶合区组织不同且边界明显的金属填充物，金属形态为圆形或半熔化后的流变形态。
图6 X80钢接裂纹区域断裂取样放大图片
对该区域进行放大后观察，如图6，发现填充物的组织为伸长的索氏体组织形貌，裂纹右侧的焊缝组织为准多边形铁素体结构，裂纹左侧焊缝组织为沿填充物伸长方向形变的粒状贝氏体和铁素体组织，裂纹较远处组织为均匀的粒状贝氏体和铁素体组成。
4.2.3 能谱分析
对X80管线钢主裂纹区域取样进行能谱分析。在主裂纹附近的黑色区域的主要元素为Fe、C、Al、Si、Mn和Ni，说明焊接过程中，熔池中的金属在电弧吹力作用下产生
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西安石油大学本科论文 搅拌时遇到了某些不能溶解的非金属物质，推断可能为未完全熔合的焊丝；衬度颜色较深区域的主要元素为O、Fe、Ca、Si、和S，为焊接熔渣的主要产物。说明断裂区域夹杂过多，与焊接工艺方式有关，在焊接过程中，未将坡口表面及坡口边缘内外侧不小于20 mm范围内的污垢、铁锈、毛刺清除干净，这是脆韧断裂的重要促进因素。 4.2.4 扫描电镜分析
用扫描电镜对X80管线钢断裂区域主裂纹进行观察。图7所示为X80管线钢裂纹断口扫描电镜宏观形貌。裂纹源区为少量的韧窝断口形貌向准解理断口过渡的特征，韧窝断口的韧窝较小、较浅。裂纹扩展区域为准解理断口形貌，扩展区的准解理断口有明显的放射棱。由准解理断口的河流花样克制，该区域晶粒尺寸较大，约为100 um左右，因此其冲击性能可能会偏低。
图7 对X80管线钢焊缝裂纹区域裂纹断口形貌扫描电镜照片
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西安石油大学本科论文 4.2.5 金相显微组织观察
图8为X80管线钢焊缝对接接头焊接熔合区和焊接热影响区的金相组织。
（a）热影响区靠近熔合线
（b）热影响区靠近母材
（c）熔合区
图8 X80管线钢焊缝金相照片
由图可见，焊接热影响区靠近融合线一侧的微观组织主要由片层珠光体和少量的粒
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西安石油大学本科论文 状贝氏体构成，珠光体的晶粒尺寸约为20 μm左右。靠近母材一侧的微观组织主要由粒状贝氏体和晶界间析出的少量珠光体组成，粒状贝氏体的晶粒尺寸较小约为20 μm左右。因此焊接热影响区的冲击韧性相对较高。焊接熔合区的微观组织主要由粒状贝氏体组成，由于焊接热输入量偏高和焊接壁厚尺寸较大，焊后冷却速度较低，因此导致焊接熔合区的晶粒尺寸很大，约为100 μm左右导致其冲击韧性偏低。 4.2.6 综合分析
由以上各类分析可知，引起此次X80管线钢焊接断裂的主要原因有以下几点。 （1）冲击韧性过低，是X80管线钢焊接 断裂的主要原因。与焊 接工艺方 式 有关，X80管线钢焊接区域预热范围内不足100 ℃，冷却速度过快，未进行有效保温。 （2）X80管线钢焊接区域夹杂物缺陷较多，特别是未完全熔合的焊丝、焊接熔渣的主要产物较多，这是脆性断裂的重要促进因素。
（3）焊接的工艺过程中未能较好的控制焊接热输入量等焊接工艺参数，使其焊接熔合区的晶粒尺寸较大，约为100 μm左右。
5.总结
管线钢的发展历史表明,钢级的提高已不完全依赖于化学成分的变化,而是与现代冶金技术的发展紧密相关。而且随着管线钢钢级的不断提高,对于该钢种的焊接加工也提出了特殊的要求。高钢级管线钢的研制和应用,必将促进冶金和焊接技术的发展和飞跃。西气东输工程的实施，推动了我国X70高级别管线钢材的研制和生产，加快了X80管线钢的开发步伐，同时也带动了我国制管行业的设备改造和技术进步。通过研究可得出依下几点
（1）高钢级、大管径已经成为管线钢管发展的方向。 （2）国际上已建成9条X80输气管线，总长度约533km。
（3）X80钢的成分设计采用低碳一锰一铌一钛系，根据厚度的不同，添加适量的钼、铜、镍等合金元素来提高强度，改善韧性。
（4）X80管线钢的典型组织为针状铁素体或低碳贝氏体，针状铁素体管线钢制管后屈服强度下降小，同时具有相当优越的焊接性能，非常有利于焊管和现场铺设管线工程。而超低碳贝氏体钢不仅具有良好的野外焊接性，还具有良好的低温韧性，是X80及以上高钢级管线钢的理想组织。
（5）国内X80钢的研制起步较晚。加快开发步伐，为拟建的跨国管线工程提供技术储备和技术支持已成当务之急。
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