第38卷第1期 2017年1月
焊接学报
TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTION
Vol.38No.1
January
2017
温度对焊接热模拟X80管线钢断裂韧性的影响
徐杰，李朋朋，樊宇，孙智（中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏221116）
摘要：通过试验和3D有限元模拟相结合的方法分析了焊接热模拟X80管线钢在不同温度（-90，-60，-30和 0℃）下的断裂韧度.文中选取标准三点弯曲试样在不同温度下进行断裂韧度测试，同时对测试件进行三维有限元实体建模与分析计算，结果表明，X80管线钢的断裂韧性随温度减低显著减小，并使其倾向于脆性断裂，材料在不同温度下的真实应力一应变曲线行为从光滑拉伸到断裂力学试样具有良好的可传递性，温度对材料的硬化行为没有明显影响，有限元计算的结果表明，应用该方法可以准确地计算X80钢焊接热影响区不同温度下的CTOD值关键词：焊接热模拟；X80管线钢；断裂韧性；有限元分析
中图分类号：TG407 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2017)01002205
模拟技术在裂纹尖端附近区域制备X80钢的粗晶热影响区（CGHAZ）：在不同温度下，即：-90，-60
X80管线钢作为新一代高强度级别钢，具有良好的抗延性断裂能力但随着温度降低，管线钢的塑性和韧性也随着温度的降低而下降，构件的断裂行为也由韧性断裂向脆性断裂发生转变，从而大大降低了管线钢的服役安全性能1,2].同时，管线钢焊接过程中形成的热影响区（heat-affectedzone， HAZ），尤其是粗晶粒区（coarse-grainedHAZ， CGHAZ），其微观组织分布不均匀，且具有高的局部化特征，使得该区域力学性能变差，容易形成诱发裂纹的局部脆性区，往往是整个焊接结构的薄弱地带[3]，由于这一区域相对狭窄，因此测量其韧性有许多困难，而焊接热模拟技术为解决这一间问题提供了有效的途径，大量热模拟试样与实际焊接试样对比分析表明，目前已有的热模拟方法得到的HAZ和实际焊接过程得到的HAZ在组织和性能上具有良好的一致性[4)，以往的分析结果表明，通过应用焊接热模拟方法与对实际焊接件在韧/脆转变下转移区（lowertransition）的断裂行为进行预测的结果非常吻合[5]
文中分析的主要目的是考查温度对焊接热模拟 X80管线钢在韧/脆转变区断裂韧度的影响.分析中采用试验测试和三维有限元模拟相结合.将X80 管线钢加工成标准的单边缺口弯曲（singleedgenot-chedbending，SENB）断裂力学试样，并应用焊接热
收稿日期：2014-12-14
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51301197）；江苏省自然科
学基金资助项目（BK20130182）万方数据
-30和0℃，对测试件分别进行CTOD（即裂纹尖端张开位移）断裂韧度测试；同时对测试件进行三维有限元实体建模，并计算其在不同温度下的CTOD值；对试验测试结果和有限元模拟计算的结果进行比较分析，为X80高级钢管线钢的断裂韧性评估提供依据和参考
CTOD断裂韧性测试 1.1
试验材料
试验所用材料为X80管线钢，外径为510mm，厚度为14.6mm，其典型的名义成分如表1所示.
表1X80钢的名义化学成分（质量分数，%） Table 1Chemical compositions of X80 steel
SiMnP
c
s
其它
0.04 0.07 ~0.25 ≤1.8 ≤0.01 ≤0.001 Mo,Ni,Cu,Ti,Nb,V,Al 1.2焊接热模拟
焊接热模拟技术是分析焊接热循环对HAZ组织和性能影响最为有力的手段，即采用焊接热模拟设备，根据工况条件改变焊接热循环参数，从而考查 HAZ的组织演变和性能变化
由于单道焊中形成的粗晶热影响区是韧性最为薄弱的环节，尤其在韧/脆转变区，其对构件整体性能的发挥具有至关重要的影响。文中的目的旨在分析焊接热模拟X80管线钢CGHAZ在韧/脆转变区