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X80管线钢焊缝区金属元素原位定量分析研究
1
作者
韩美
贾云海
+5 位作者
戴联双
胡净宇
赵雷
张熹
韦晨
王海舟
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第12期3406-3413,共8页
X80高钢级管线钢是我国长距油气输送管线的主要用材,应用过程中发现不同厂家钢板焊后焊缝金属韧性差异较大,严重影响油气储运安全。迫切需要一种能对沿焊缝厚度方向的元素分布进行快速、准确原位定量分析的方法,帮助探索X80管线钢母材...
X80高钢级管线钢是我国长距油气输送管线的主要用材,应用过程中发现不同厂家钢板焊后焊缝金属韧性差异较大,严重影响油气储运安全。迫切需要一种能对沿焊缝厚度方向的元素分布进行快速、准确原位定量分析的方法,帮助探索X80管线钢母材与焊材的共同作用对焊缝金属韧性的影响机理。提出一种用LA-ICP-MS法对钢材焊缝中Mn元素、Ni元素、Cr元素、Al元素及Nb元素进行原位定量分析的方法。通过优化激光脉冲频率20 Hz、激光能量100%(激光输出Imaged Aperture模式)、剥蚀孔径100μm及离焦距离0μm等提升质谱信号的强度及稳定性。实验采用基体匹配的标准样品进行校准,以基体元素^(57)Fe作为内标辅以校正。通过对相关质谱干扰进行分析,优选同位素^(27)Al、^(53)Cr、^(55)Mn、^(60)Ni及^(93)Nb。该方法线性相关系数达0.9927~0.9996,定量限0.23~2.57μg·g^(-1)。将建立的LA-ICP-MS微区原位定量分析方法应用于分析焊材相同而母材成分不同的2种X80管线钢焊缝中的元素含量分布。发现在两种母材中含量接近的Mn、Cr、Al、Nb元素在焊缝根部表现的稀释情况相当,而在两种母材中含量差异较大的Ni元素在距焊缝根部8.4 mm以内的含量差异显著。冲击试验结果显示,母材中Ni元素含量高的焊缝韧性相对明显高。对焊缝根部进行SEM分析,发现Ni元素含量提高利于生成板条状贝氏体组织。分析结果表明,X80管线钢中加入0.14%的Ni元素可减少母材对根部焊缝金属中Ni元素的稀释作用,较高的Ni元素含量通过促进低温板条贝氏体相变而提高焊缝冲击韧性。所建立的LA-ICP-MS原位定量分析方法对保障X80长输管线的安全运行有借鉴意义。
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关键词
X80管线钢
焊缝
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)
原位定量分析
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职称材料
题名
X80管线钢焊缝区金属元素原位定量分析研究
1
作者
韩美
贾云海
戴联双
胡净宇
赵雷
张熹
韦晨
王海舟
机构
钢铁
研究
总院
天津市特种设备监督检验技术研究院材料质检中心
国家
特种设备
焊接
材料
产品质量
检验
检测
中心
(
天津
)
国家石油天然气管网集团有限公司生产部
天津
职业
技术
师范大学机械工程学院
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第12期3406-3413,共8页
基金
国家自然科学基金面上项目(52271111)
国家重点研发计划项目(2023YFB3712102)
+1 种基金
天津市新材料科技重大专项(18ZXCLGX00060)
天津市市场监督管理委员会科技计划项目(2020-W12)资助。
文摘
X80高钢级管线钢是我国长距油气输送管线的主要用材,应用过程中发现不同厂家钢板焊后焊缝金属韧性差异较大,严重影响油气储运安全。迫切需要一种能对沿焊缝厚度方向的元素分布进行快速、准确原位定量分析的方法,帮助探索X80管线钢母材与焊材的共同作用对焊缝金属韧性的影响机理。提出一种用LA-ICP-MS法对钢材焊缝中Mn元素、Ni元素、Cr元素、Al元素及Nb元素进行原位定量分析的方法。通过优化激光脉冲频率20 Hz、激光能量100%(激光输出Imaged Aperture模式)、剥蚀孔径100μm及离焦距离0μm等提升质谱信号的强度及稳定性。实验采用基体匹配的标准样品进行校准,以基体元素^(57)Fe作为内标辅以校正。通过对相关质谱干扰进行分析,优选同位素^(27)Al、^(53)Cr、^(55)Mn、^(60)Ni及^(93)Nb。该方法线性相关系数达0.9927~0.9996,定量限0.23~2.57μg·g^(-1)。将建立的LA-ICP-MS微区原位定量分析方法应用于分析焊材相同而母材成分不同的2种X80管线钢焊缝中的元素含量分布。发现在两种母材中含量接近的Mn、Cr、Al、Nb元素在焊缝根部表现的稀释情况相当,而在两种母材中含量差异较大的Ni元素在距焊缝根部8.4 mm以内的含量差异显著。冲击试验结果显示,母材中Ni元素含量高的焊缝韧性相对明显高。对焊缝根部进行SEM分析,发现Ni元素含量提高利于生成板条状贝氏体组织。分析结果表明,X80管线钢中加入0.14%的Ni元素可减少母材对根部焊缝金属中Ni元素的稀释作用,较高的Ni元素含量通过促进低温板条贝氏体相变而提高焊缝冲击韧性。所建立的LA-ICP-MS原位定量分析方法对保障X80长输管线的安全运行有借鉴意义。
关键词
X80管线钢
焊缝
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)
原位定量分析
Keywords
X80 pipeline steel
Welding seam
LA-ICP-MS
In situ quantitative analysis
分类号
O657.6 [理学—分析化学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
X80管线钢焊缝区金属元素原位定量分析研究
韩美
贾云海
戴联双
胡净宇
赵雷
张熹
韦晨
王海舟
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
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