化学成分
碳 C ：0.28～0.33硅 Si：0.15～0.35锰 Mn：0.40～0.60硫 S ：允许残余含量≤0.040磷 P ：允许残余含量≤0.035铬 Cr：0.80～1.10镍 Ni：允许残余含量≤0.030铜 Cu：允许残余含量≤0.030钼 Mo：0.15～0.25力学性能
抗拉强度 σb (MPa)：≥930(95)屈服强度 σs (MPa)：≥785(80)伸长率 δ5 (%)：≥12断面收缩率 ψ (%)：≥50冲击功 Akv (J)：≥63冲击韧性值 αkv (J/cm2)：≥78(8)硬度 ：≤229HB试样尺寸：试样毛坯尺寸为25mm热处理规范：淬火880℃，水冷、油冷；回火540℃，水冷、油冷。AISI4130因其调质处理后具有较高的综合力学性能，通常是在调质状态下使用，当含碳量为下限的钢也可用作要求心部强度较高的渗碳钢。在中型机械制造业中主要用于制造截面较大、在高应力条件下工作的调质零件，如轴、主轴以及受高负荷的操纵轮、螺栓、双头螺栓、齿轮等；在化工工业中用来制造焊接零件、板材与管材构成的焊接结构和在含有氮氢介质中工作的温度不超过250℃的高压导管；在汽轮机、锅炉制造业中用于制造 450℃以下工作的紧固件、500℃以下受高压的法兰和法兰盖，也大量应用在石油、天然气钻采设备零部件的制造，在制造过程中经常遇到焊接工序，如节流阀阀体与直角法兰的焊接、适配器的管对管焊接以及零件补焊返修等，这些产品对焊接工艺质量的要求非常高，焊后不得有明显缺陷且必须通过严格的无损检测（探伤）。其中使用在隔水管中的升压管汇和节流压井管汇最为普遍。隔水管结构貌似简单，由于载荷与作业过程的复杂性，自身结构的大变形非线性，分析方法的不确定性，实际响应的抽象性等，使得隔水管成为海洋石油装备开发的难点与重点。2006年8月，LW3-l-1井发生隔水管断裂事故，隔水管外径为0.6m，总长为1,202m，分散横卧海底，打捞花费大量人力与物力。2006年3月20日，位于GoM的Diamond Offshore钻井公司的Ocean Confidence钻井船发生隔水管事故，隔水管紧急脱离后损失218桶合成基钻井液，并造成环境污染。2003年，美国MMS研究报告公布1年时间内发生的7次钻井隔水管事故，隔水管事故发生的主要原因为装备失效、设计不足以及涡激振动。2002年底，南海2号平台发生隔水管断裂事故，同时造成井口毁坏。那么怎么提高可靠性呢？焊接质量的控制尤为重要。下面主要讲讲4130焊接过程中主要缺陷和对策。1.1冷裂纹产生倾向因合金钢材料的焊接裂纹产生主要是冷裂纹，而热裂纹主要发生在奥氏体不锈钢、镍合金和铝合金中，因此需重点分析冷裂纹的产生情况。按碳当量法计算CE（AWS）值来评估钢材冷裂纹倾向以及材料焊接性，碳当量如下：CE（AWS）=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+（Cu/13+P/12）（%）1.2防止措施由于AISI4130材料碳含量较高，合金元素含量多，在快速冷却时，从奥氏体转变为马氏体的起始温度Ms低（4130材料Ms为370℃），焊接后的热影响区产生马氏体难以产生回火效应，从而导致材料硬度高，对氢致冷裂纹的敏感性很大。为了防止氢致冷裂纹产生，除尽量采用低氢或超低氢焊接材料外，还应采用焊前预热和焊后及时热处理。2焊材的选择根据4130材料的焊接性和实践经验，建议选用J707焊材，J707是低氢钠型药皮的低合金高强度钢焊条，焊接时采用直流反接，可进行全方位焊接，必要时，工件在焊前进行预热和焊后回火处理，焊条（J707和J707Ni）焊前需经350℃烘焙，随烘随用，烘干后的焊条应立即存放在低温干燥的焊条保温筒内，随用随取。经笔者计算和实践证明，上述焊条在硬度方面完全符合NACEMR0175标准的要求（硬度值≤HRC22）；有的要求HV≤250，焊接时更难达到。如果考虑用GTAW+GMAW焊接，可以考虑用Lincoln ER100S-G焊接。焊接后300℃消氢处理。然后进行650℃焊后热处理。如果从下料开始，经过焊接、探伤、热处理、取样、理化实验，一切严谨操作，基本可以保证后续面对屈服、冲 击以及硬度同时满足要求。如果考虑使用埋弧焊，可以考虑使用HWI HW-X80SG.3焊前预热和焊后热处理3.1焊前预热防止氢致冷裂纹产生，除了补焊件挖补深度不深的零件不用预热外，其余情况下4130材料焊接必须进行预热。根据上述裂纹产生原因，理想的预热温度及道间温度应比冷却时马氏体开始转变的温度（Ms：370℃）高20℃，即Ms+20℃=390℃；同样，焊后也应在此温度保持2小时，以保证焊缝及热影响区全部转变为马氏体组织，同时也使焊缝里的氢能较充分的扩散逸出，有效防止氢致冷裂纹。3.2焊后热处理预热及道间温度比冷却时马氏体开始转变温度Ms低时，为防止氢致冷裂纹产生，应采用焊后热处理措施，即工件立即加热到高于Ms点10～40℃，在此温度保温约1～2小时，使尚未转变的那部分奥氏体转变为韧性较好的贝氏体，然后冷却至室温。如果焊接以后工件可以立即进行去应力热处理，应将工件立即冷却至马氏体转变终了的温度Mf点以下，并保持一段时间，使尚未转变的那部分奥氏体也转变成马氏体，随后工件立即进行去应力热处理。经过去应力热处理的工件，再冷却至室温时就基本不会产生氢致冷裂纹的情况。AISI4130材料应用广泛但焊接性不甚理想，而用于井口设备本体、法兰连接件、阀门零件等重要产品中时却对焊接质量有很高的要求，一旦产生焊接裂纹等缺陷都将对后续现场使用时带来巨大的安全隐患。为获得符合产品要求的焊接工艺效果，制造者必须从焊接母材特性、焊材的选择、焊前准备、焊接工艺过程设定、焊后热处理和焊后工件易加工性等诸多方面考虑、分析、研究和实践。文章结合理论和实践经验进行交流及分享，希望对广大同行有所裨益。海洋隔水管是深水油气勘探开发的重要装备之一，它的主要作用是在深海1000-3000 米水深钻探过程中将海水与钻头隔离，提供高压控制动力及钻井用泥浆并抑制突发井喷，工作工况十分恶劣，需应对海水腐蚀、浪涌、海洋涡激振动和深水压力等多种复杂海洋环境， 风险极高。所以其中升压管、节流压井管4130的焊接尤为重要，从事海工领域的焊接工程师需要引起特别的重视，需要多次试验焊接，确保焊接工艺可行性、可靠性和经济性。如有这方面的问题，也可咨询笔者，一起讨论解决。End
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