焊接接頭的韌性與基體相比嚴重下降，這是由于管線鋼在焊接過程中，焊縫附近的母材受焊接熱循環過程的影響，被加熱到接近母材熔點的溫度，出現沿焊縫兩側分布的一條晶粒粗大的粗晶組織區，即焊接熱影響區（HAZ）。HAZ與母材相比，韌性損失20%以上，HAZ成為焊接接頭的薄弱環節，成為裂紋的開裂源或沿焊道方向長程擴展的通道。
 

　　經過研究X80高強管線鋼管焊接熱影響區產生裂紋的原因，檢測表明，HAZ粗晶區具有明顯的組織不均勻性，焊趾焊根處存在應力集中。當焊接工藝不合理，或母材中夾雜物數量較多、形態及分布不均勻時，裂紋易在焊趾處靠近熔合線的 HAZ中形成。裂紋起源處的組織為粗大的粒狀貝氏體和板條貝氏體組織； 貝氏體鐵素體上的MA島尺寸較大，且有尺寸較大的夾雜物存在。因此，提高母材的純凈度、降低夾雜物含量、優化焊接工藝使HAZ獲得細小均勻的組織，才可有效避免裂紋的產生。基體上MA島的形態和分布是影響 HAZ粗晶區性能的主要因素，粗大的MA島易使裂紋啟裂。焊接熱輸入越大，越容易形成邊界形核鐵素體，使MA島硬度增加，裂紋越容易沿著MA島與基體的交界處形核和開裂。另外，在焊接殘余應力、越來越高的工作壓力及復雜輸送介質作用下，高強管線鋼焊接接頭很容易產生應力腐蝕裂紋和氫誘導裂紋。焊縫金屬中的針狀鐵素體及由于適量的Ti添加形成的彌散的含鈦碳氮化物有可能成為氫的捕獲點，有助于防止在酸性環境中裂紋的產生。但如果焊縫金屬中Ti或Mn含量過多，則在冷卻過程中會形成較多的貝氏體或MA島，造成硬度增加，極易形成應力腐蝕裂紋和氫誘導裂紋裂紋。Al及Si的氧化物夾雜與基體之間通常存在縫隙，易成為氫誘導裂紋的起源，而氧化鋁夾雜易造成應力腐蝕裂紋形核。對裂紋附近的顯微組織觀察表明，夾雜物與基體界面處、鐵素體基體與MA島界面處、MA島內部以及原始奧氏體晶界是裂紋形核的主要位置。

　　根據上述分析，可以采取以下控制管線鋼焊接裂紋的措施：1）提高母材的純凈度，降低夾雜物含量，并嚴格控制母材的成分，控制碳當量低于0.23%以保證材料具有較低的冷裂紋敏感性。2）采用Ti微合金化，生成的TiN粒子具有較好的釘軋奧氏體晶界作用。同時，利用氧化物冶金方法，在鋼中形成大量的Ti2O3、TiO2、TiO等粒子，可作為晶內鐵素體的形核核心，在奧氏體內部形成針狀鐵素體，把原始奧氏體分割成小區域，有效細化之后形成的貝氏體組織，從而大大地提高HAZ的沖擊韌性。鋼中w（Ti）/w（N）比值應掌握在稍低于2.39。3）適當降低焊接熱輸入，可減小奧氏體晶粒度，使貝氏體中板條貝氏體增加而粒狀貝氏體減少，使貝氏體鐵素體板條寬度變窄，并減少MA島數量，可有效提高HAZ的沖擊韌性。X80管線鋼優化的焊接熱輸入約為30kJ/cm，焊接速度約為1.5m/min。

責任編輯：李玲珊

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