apigrb hfw

APIGRBهاي فولادي لوله HFWبررسي ساختار جوش

مهدي شايان مسعود شاهي،،سعيد غايي محمد محمدي جبلي،،1شهرام خواجه دهي شركت گروه صنعتي سپاهان

چكيده

(HFW)به روش جوش مقاومت الكتريكي فركانس بالا2يدتولبا سطح APIGRBهاي فولادي لوله

كه API5Lمات استاندارد شوند. از الزا توليد مي و مناطق اين است بايد تحت عمليات HAZجوش

و روش ارزيابي آن و متناسب با ضخامت لوله قرار گيرد ميكروساختار منطقه بررسي حرارتي مناسب

آنكه معيار پذيرش مشخصي باشديمجوش 1000ست. در اين تحقيق كه بر روينيتعيين قابل بر اساس

ته صورت گرفآن بدونو عمليات حرارتيبا مترميلي8/4ضخامتبه8"يها لولهاري نمونه از جامعه آم

و فريتاست، ساختارهاي نهايتاً نيز SEMتصاويريبررسباويدمن اشتاتن مشاهده شد. فريت پرليت

و مقادير به دست آمده فريت ت نيز سنجيدر سختيهاي سوزني مشاهده شد ييدأصحت اين موضوع را

و كاهش انرژيموضوع اين مقاله با محوريت بنابراين. نمود .قرار گرفتبررسي تحت صرفه اقتصادي

عمليات حرارتي،HAZمنطقه،HFW جوشكاري به روش،APIGRB:كليدي كلمات

1 [email protected]

182 91 سمپوزيوم فولاد

مقدمه

و گاز API 5L GRB جنسازفولادي هاي مصرف لوله تركيب.باشديممتداول در صنايع نفت

ها ورق. اين نوع نشان داده شده است1 در جدولها لولهاين رد مصرف براي ساختمويها ورقشيميايي

با باشديم HSLAفولادهايءجز خواصي نظير دارايو شونديممكانيكال ساخته فرايند نورد ترمو كه

و جوش با تقريباً مشابهد مورد استفاده در اين تحقيقفولا]. تركيب3و1،2[ هستندپذيري بالا چقرمگي

HFW روش جوشكارياز غالباًها ورقاز اين توليد لولهجهت].4[است HSLA-65فولاد تركيب

و استفاده ازOآنو پس از شكلUبه صورتها ورقاين دهي كه شامل شكل شوديم استفاده شكل

و امتزاج بيها لبهجريان فركانس بالا جهت ذوب ].5[اشدبيمواسطه نيروي مكانيكيه به هم رسيده

تاحرارتي شيب،ورق خم شده هنگام جوش دولبه لبمتر سانتي1حدوديا فاصله از لبه ، از دمايه ورقاز

C°1500 اين روش توليد لوله روشي پيوسته براي].6[ نزولي استداراي حالت تا دماي محيط

هر،گردو القاداراي كه است دستگاه عمليات حرارتيواسطههب محصولات گازي پس از جوشكاري

و متر7/1يك به طول در انتهاي خط توليد با لوله].7[ شوديم آستنيته ºC800 -900در دمايي بين بوده

آنوكاري شده خنكوارد حوضچه C°370يدما طبق].8[ شوديمدلخواه بريدهيها اندازهبه پس از

ت يارمع API 5L 2008 الزامات استاندارد با جنسييها ورقPSL2و PSL1 وليد پذيرش براي دو سطح

API 5L GRB براي سطح توليدكه باشديم گونهينبد PSL1 بايد تحت عمليات حرارتي خط جوش

داي وجود نداشته باشتمپر نشدهيتمارتنزشبيه به نرمالايزينگ قرار گيرد يا لوله به روشي توليد شود كه

بايد تحت عمليات حرارتي شبيه به نرمالايزينگ HAZو منطقه خط جوشPSL2 براي سطح توليدو

شوديمو جوش مشخص HAZمنطقه ميكروساختاريبررسي به واسطهمعيار پذيرش كه].1[ قرار گيرد

برتشكيل ما].2[ باشديممتناسب با ضخامت محصول،شامل پوشش حرارتي كل منطقه ه عنوان تنزيت

ازدريمحصول يك استحاله فاز براست كه برخورداراي يچيدهپ هاي يسممكان اين فولادها به شدت

حصول اين فاز در ساختار،جوشكاريفرايند . در باشدميگذاريرمحصولات تأثروي خواص مكانيكي

دلاز آن خط پيوند جوشتر مهمجوش يا و شكننده بودنيلبه بآنماهيت ترد سزاييه از اهميت

كه در اين نوع فولادها قابل تشكيل است مارتنزيت تمپر شده ساختاريينتر سخت].9[ برخوردار است

تر از طرفي].10[ است و محاسباتبا توجه به 20كربن معادل براي،آماري كيب شيميايي اين فولادها

احتمال حصول،HSLA-65 كربن معادلباكربن معادل استاندارد اين فولادو مقايسه نمونه فولادي

ايبيتمارتنز ازو تنها با سرد كردن فاز آستنيت با سرعت سرد كردنن فولادها غير ممكنشقابي در كمتر

اييهلااحتمال حصول مارتنزيت43/0با كربن معادل اين فولادMSيا دماي C°500تا 800از ثانيه 42

مگي در اين نوع فولادها به نوبه خود منجر به افزايش چقراييهلاوجود مارتنزيت].4[ وجود دارد

ج 183........وشبررسي ساختار

ر].11[ شوديم و ماؤبه همين دليل محور بررسي روي تشكيل شداييهلاتنزيتريت به دليلو متمركز

و هاي يكروسكوپم به وسيلهاييهلاخارج از تشخيص بودن مارتنزيت نوري، از ميكروسكوپ الكتروني

شدارزيابي سختي ].9[ سنجي نيز كمك گرفته

و روش تحقيقمواد

يها لولهمحصول ERWتوليدي به روشيها لولهاز درز جوش نمونه20شاملها نمونهيق در اين تحق

بـ بـود API 5L GRBجنسومتر ميلي8/4اينچ با ضخامت8گازي ه كـه ابتـدا از نمونـه ورق اوليـه آن

و با دستگاه روش بيآناليز شيم،ARLكوانتومتري آه ايي وعمل آن مد يياهـ لولـه از درز جـوش،پـس از

و فركانس 900با توان EMMEDI كه با دستگاه در شـده بودنـد عمليات حرارتـي هرتز كيلو3كيلووات

و دماهاي متفاوتيها سرعت طـول متـر سانتي1ابعادبهييها نمونه)2 جدول(طبق اطلاعات جوشكاري

و همان ضخامت ورق اوليه مترسانتي2جوش در هـا نمونـه ام از كـدو هـر تهيه شـد نواحي مجاور جوش

ويهـا پارچـه كـاري بـاو پـوليش 1200تا80پس از مانت با سمباده زني از سمباده آب سـاز رواننمـدي

و الكل با محلول اچ نايتال و اچ شـد5درصد2صابون ميكروسـكوپ بـا هـا نمونـهو مرتبه متوالي پوليش

واي يسهمقابندي به روش دانه اندازه.بررسي شدند IMM420 صاايران مدل جهـت محاسـبه ارزيابي شـد

يهـا نمونـه روي سـختي. اسـتفاده شـد كيلـوگرم1با بـار مقياس ويكرزدر يكروسختيمسختي از دستگاه

و خـط پيونـد جـوش متأثرمنطقه،در سه منطقه فلز پايه گرافي شدهمتالو مـورد آزمـايش از گرماي جوش

متـر از پيرو كـاري خنـك ورود به حوضچهمگيري دماي درز جوش هنگاهمچنين جهت اندازه شد. واقع

جهـت بررسـي سـاختار خـام اسـتفاده شـد. C°1200 تـا 600 يريگه اندازهمحدودبا AS101ليزري مدل

شد عمليات حرارتياعمال بدون1شماره نمونه جوش خـطيهـا سـرعتو بـا دماهـاها نمونهو ساير تهيه

از پـارامتر سـرعت هـا نمونـه كاري به سرعت خنكجهت محاس.شدند آستنيته،2 مندرج در جدول توليد

و فاصله هـا نمونـه نمونـه انتخـابي از ايـندو استفاده شـد. كاريخنكجوش تا حوضيها قالبدستگاه

مابانضــمام نمونــه عمليــات حرارتــي نشــده هــاييبررســتحــتاي يــهلاتنزيــتربــا محوريــت تشــخيص

. قرار گرفت AIS2100مدل SERON الكتروني روبشي با ميكروسكوپ ساختاريميكرو

و بحث نتايج تحقيق

طي 1000هاي ميكروساختاري بر روي حدود بررسي اين صورت گرفت.پنج سال گذشته نمونه

دوها نمونه و ديگرييالقاگرهايكي بدون،زماني بازهدر به مجهز دستگاه توليد لولهبا نرماليزه كننده

دهندهنشانها هاي متالوگرافي اين نمونهبررسي حاصل شدند.تياعمال عمليات حراروااين القاگره

و خواص مكانيكي از اينييها نمونه،20-1تا شكل1-1در شكل است.تغييرات جزيي در ساختارها


در سه منطقه متمايز جوش نمونه20متالوگرافيرساختا در اين پژوهشناي. بنابرساختارها ارائه شده است

دل.گرفتمورد بررسي قرار ها در درجه نمونه ساختارميكروسرعت جوشكاري روييرعدم تأثيلبه

يك ميكروساختاريتصاوير،آستنيته ثابت انجام عمليات حرارتيباارائه شد. يكسان بزرگنماييدر

و ميانگين اندازه طوريهبفلز پايه مشاهده نشد در ساختاريتغيير گونهيچه،نرماليزه ها دانهكه شكل

گونهيچهبود دچار8تا7بينكه ASTM E 112طبق استاندارد بندي در اين منطقه دانهوغييري نكردت

صورتبهها دانهازه اعمال عمليات حرارتي منجر به تغيير جزيي در اند HAZمنطقهدر.تغييري نشد

و در منطقه جوش ASTM E 112بق استاندارد اي شماره5/0 كاهش هايتيفرحالتاز ساختارشده

وتيفرسوزني به سنجي در مناطق سختي.داده استهاي چندوجهي تغيير شكلتيفرهاي ويدمن اشتاتن

تأگانه سه ويكرز 05/144 يانگينم سختيانحراف معيار برايكهيا گونهبه كنديمييد نيز اين مطلب را

ومي33/2در منطقه جوش فلز پايهو HAZدر مناطقمعيارافاين انحر3و شكل2 جدولطبق باشد

به دستيابي.يابديمتغيير77/1و68/1 به ميزان به ترتيب 8/137و 25/140 يانگينمسختي براي

ازدر دماي آستنيته كردن فقط به ازاء جوش در منطقهتر نرميساختارها و C°890 بالاتر در صادق بوده

از توانديمكه شودينمراتي مشاهدهيتغيتر يينپادماهاي زمان كم آستنيته نسبت به دگرگوني ناشي

و حضور رسوبات هاييتفرنفوذي در جهت تكميل باشد. يوبيومنو يتانيومت، يوموانادويدمن اشتاتن

و همگن فرايند ك سازي با فلز پايهآستنيته كردن تمام ساختار و نيتريدهاي عناصر نياز به انحلال اربيدها

اين امر بايد با افزايش درجه حرارت آستنيته يا افزايش زمان آستنيته جبران گردد.و باشديمآلياژي ميكرو

ابا توجه افزايش دماي آستنيته بيشتر از اين، باشديمحرارت القاگر تنها روي درز جوش متمركز ينكهبه

و تغيير در فيزيك محصول خروجي مان آستنيته نياززو جهت افزايش شوديممقدار منجر با اعوجاج لوله

كه؛مقرون به صرفه نيستكه باشديمهاي بيشتري به القاگر براي يك القاگر وات مصرفي كيلو به طوري

38/4دقيقه1مصرف در به ازاءو بوده وابسته به زمان مصرف ريال 330بهاي هر كيلووات با متوسط

در كيلووات بر ساعت سا 972603 معادل ماه6و مصرف كلوعتكيلووات بر ميليون 330حدود بهاي

.باشديمريال

و فاصـله نقطـه10سرعت براي فرضاً توجه به سرعت جوشكاري يا سرعت خط توليد، متـر بـر دقيقـه

و 135دقيقه يـا25/2 كاريخنكسرعت باشديممتر5/22كه كاريخنككاري تا حوضچه جوش ثانيـه

دمـاي درز جـوش.شـوديمـ يـه ثان 112دقيقـه يـا87/1 كاريمتر بر دقيقه، سرعت خنك12براي سرعت

بـا سـرعت جوشـكاري دمـاي،C°900 يتهآسـتن براي درجه حرارت كاريخنكهنگام ورود به حوضچه

همچنـين دمـاي گيـري شـد. انـدازه بـر ثانيـه درجـه96/2 كـاري خنك سرعتو C°604 متر بر دقيقه 12

و،C°524 دماي ورود به حوضچه،C°810 يتهستنآو درجه حرارت متر بر دقيقه10سرعتبا جوشكاري


بـراي شـرايط كاريخنكيعني حداكثر سرعت؛شد گيرياندازهدرجه بر ثانيه12/2 كاريخنك سرعت

ها نمونهو با توجه به كربن معادل محاسبه شده براي اين درجه بر ثانيه فرض نمود2 توانيماين دستگاه را

امكان تشكيل مارتنزيت HSLA- 65 مشابه يعنييها نمونهو شرايطهانآشرايط توليد درصد21/0يعني

روي SEM هـاييبررس ـبـا انجـام غير ممكن است. همچنـين يباًتقرها لولهدر درز جوش اين نوعاييهلا

اين نوع فولاديساختارهادر كه نتيجه گرفت توانيم)د(2) تا شكلالف(2شكلها نمونهساختار جوش

ميـزان بـا وجـودو از عمليات حرارتي وجـود نـداردو نه قبلمارتنزيتي پس از عمليات حرارتي گونهيچه

و تشــكيل بــا شــرايط ذكــر شــده كــاريخنــك، ســرعت مــذكور معــادل كــربن يــتمارتنزبــراي شــروع

.باشدينم مناسب

نتيجه گيري

به-1 و اعداد سختييساختارهابا توجه يط جوشكاري شرا به دست آمده تحتسنجي مشاهده شده

كاريخنكنقطه جوش تا حوض فاصلهو بر دقيقه متر12 يعني سرعت جوشكاري ERW استاندارد

. باشديمبعيدBي گريدها نمونهامكان حصول مارتنزيت در خط جوش، متر5/22

با-2 بر12سرعت جوشكاري حداكثرو متر ميلي8/4و ضخامتBيدگريها ورقدر توليد لوله متر

بر2 كاريحداكثر ميزان خنك،هدقيق است. گراديسانتدرجه

با-3 ويها سرعتتوليد جهتيگيربسنده كردن به عمليات تنش حذف عمليات حرارتي يا نهايتاً كم

و توانديمدستيابي به خواص مكانيكي لازم، مصرف انرژي الكتريكي بسيار كاهش از لحاظ اقتصادي

مقرون به صرفه باشد.

راجعم

[1] American Petroleum Institute, “Specification for Line Pipe”, 2008, API Publishing Services, Washington, D. C. 2005.

[2] ASM Handbook Committee, ASM Metals Hand Book, Vol. 15, “Casting”, 1998. [3] “Key to Metals”, 2011, Retrieved From www.Key to Metals. [4] BY X. YUE, J. C. LIPPOLD, B. T. ALEXANDROV, AND S. S. BABU,

”Continuous Cooling Transformation Behavior in the CGHAZ of Naval Steels”, Welding Journal, 2012, Vol. 88, pp. 67-75.

[5] W. Smith and J. Robert, ASM Metals Handbook, “Welding, Brazing and Soldering”, 1991, Vol. 6, pp. 252-253.

[6] R. G. Thiessen, I. M. Richardson, J. Sietsma, “Physically based modeling of phase transformations during welding of low-carbon steel”, Materials Science and Engineering, 2006, A 427, pp. 223–231.

[7] D. Wohlfahrt, “Heating and Heat Treatment”, 1994, pp. 4-5. [8] Anon. “Notes on Seam Annealing and Full Body Induction Heating for Pipe and

Tube”, 1988, Retrieved From www.thermatool.com.


مر1380،"فولادها عمليات حرارتي"،محمد علي گلعذار]9[ كز نشر دانشگاه، دانشگاه صنعتي اصفهان،

.1388،صنعتي اصفهان

[10] W. Ozgowicz, M. Opiela, A. Grajcar, E. Kalinowska-Ozgowicz, W. Krukiewicz, “Metallurgical products of micro alloy constructional steels”, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2011, p. 7.

[11] A. S. Schulz-Beenken, “Martensite in Steels”, Journal Phys. IV, 1997, pp. 355-359.

ت1جدول ]API 5L GRB،]1د ركيب شيميايي فولا.

CSiSPMnTi+Nb+V0.12≤CE0.12>CEعنصر

24/04/0015/0025/02/1015/025/043/0 درصد وزني حداكثر

)HV(سنجيو سختي) (C° دماي آستنيته،)m/min(بر اساس سرعت جوشكاريها نمونهشماره . ليست2جدول

سخت،

شجو

يخت

سH

AZ

ايهزپ

فلي

ختس

يتهستن

يآدما

ترع

س

يار

شكجو

ونهنم

رهما

ش

يخت

سش

جو

يخت

سH

AZلزيف

ختس

ايهپ

يتهستن

يآدما

ترع

س

يار

شكجو

ونهنم

رهما

ش

1451421408601012155145138***1311431391368601213146141138810102144141138870101414713913881012314514013687012151461391368201041431391378801016145139137820125144142141880121714514213983010614013813689010181461431418301271421411398901219147143140840108140139136900102014613913584012914314113890012211391371378501010

1451411388501211


8

6

4

2

(40X) تصوير منطقه جوش (40X) تصوير منطقه فلز مادر (4X) شماره مقطع جوش

نمونه

(40X)منطقه متأثر از گرمايجوش

1


18

16

14

12

(40X) جوش تصوير منطقه (40X)تصوير منطقه فلز مادر (4X) شماره مقطع جوش

نمونه


١٠


ت1شكل ا گانهسهاوير مناطقص. .2 ليست شده در جدول نمونه11ز جوش

ب)تصوير منطقه جوش نمونه شماره1. الف) تصوير منطقه جوش نمونه شماره2شكل ج)تصوير منطقه جوش نمونه2، ،

د)تصوير فلز پايه در نمونه شماره19شماره .19و

در مناطق2ل تا آخرين شماره نمونه طبق جدوه عمليات حرارتي نشد . نمودار تغيير سختي سنجي از نمونه3شكل

.جوش گانه سه

(40X) ير منطقه جوشتصو (40X) تصوير منطقه فلز مادر (4X) شماره مقطع جوش

نمونه


٢٠

دجبالف

apigrb hfw

Documents