9Ni钢焊接材料及接头组织和性能研究

论文摘要

9Ni钢的焊接技术一直仅为世界上少数发达国家所掌握,其配套镍基焊接材料的制造技术及市场也被少数国际跨国公司所垄断。这将使得我国LNG储罐的设计和建造完全依赖国外,不仅周期长,而且成本高,也不利于国产9Ni低温钢的推广及应用。因此开展国产9Ni低温钢配套焊接材料研制及相关焊接技术研究意义重大。本文研制了9Ni钢埋弧焊用焊丝,用该焊丝施焊所得的熔敷金属,不仅具有强度高（屈服强度Rp0.2≥410MPa,抗拉强度Rm≥645MPa）,还具有优良的低温韧性（Akv--196℃≥126J）,满足了9Ni钢对熔敷金属的强度和韧性要求。利用光学显微镜、扫描电镜等手段对熔敷金属的显微组织及断口形貌进行分析,发现所研制的焊丝熔敷金属的组织主要为由γ相固溶体和Nb（CN）、M6C等析出相组成;焊丝熔敷金属断口均为纤维区、剪切唇两个区域组成,属于韧性断裂。为了研究国产9Ni钢的焊接工艺适应性,分别采用三种焊接方法（埋弧焊、焊条电弧焊和钨极氩弧焊）对9Ni钢进行了施焊,选用国外焊接材料,并对接头的组织与性能进行了分析。试验结果表明:国产9Ni低温钢对三种焊接方法适应性良好,能够满足本文选定的焊接工艺的要求。埋弧焊时采用三种不同热输入,随着热输入的增大,焊接接头的抗拉强度先下降后上升;而接头的冲击值则随着热输入的增大而升高;在同一热输入条件下母材冲击吸收功最高,热影响区的冲击吸收功高于焊缝中心。采用焊条电弧焊时,接头的低温冲击值出现了下降,焊缝中心的冲击值最低,平均值仅为50J,但均满足英国标准BS7777对液化天然气储罐焊接接头AKV/J（-196℃）>35J的要求。采用钨极氩弧焊对9Ni钢进行施焊时,接头的横向抗拉强度为745MPa,断裂位置为母材,表明焊缝的强度高于母材;低温冲击分别对焊缝中心、熔合线及熔合线3mm处进行了测试,焊缝中心的冲击值最低,平均值为62J。本研究结果为9Ni钢的实际焊接提供了理论依据,同时对正确制订焊接工艺具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 低温钢简介
• 1.2 9Ni 钢的国内外发展及应用状况
• 1.2.1 9Ni 钢的国外发展及应用状况
• 1.2.2 9Ni 钢的国内发展及应用状况
• 1.3 9Ni 钢组织及化学成分特点
• 1.4 9Ni 钢的焊接
• 1.4.1 焊接方法
• 1.4.2 焊接工艺
• 1.4.3 焊接接头的组织与性能
• 1.4.4 9Ni 钢焊接材料选择
• 1.4.5 9Ni 钢焊接易产生的四大问题
• 1.5 合金元素对镍基合金中的作用
• 1.6 本课题研究的内容及意义
• 1.6.1 本课题研究意义
• 1.6.2 本课题研究的内容
• 第二章 试验方法及材料
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 拉伸试验
• 2.2.2 弯曲试验
• 2.2.3 低温冲击试验
• 2.2.4 显微硬度测定
• 2.2.5 化学成分分析
• 2.2.6 显微组织分析
• 2.2.7 扫描电镜分析
• 2.2.8 物相分析
• 第三章 9Ni 钢埋弧焊丝熔敷金属试验与分析
• 3.1 焊丝成分设计和冶炼
• 3.2 试验方法及试验设备
• 3.3 熔敷金属试验结果
• 3.3.1 熔敷金属的化学成分
• 3.3.2 熔敷金属力学性能
• 3.3.3 析出相的确定
• 3.4 熔敷金属组织及其强化机理
• 3.5 第二相对熔敷金属性能的作用
• 3.6 断口 SEM 结果
• 3.7 本章小结
• 第四章 9Ni 钢焊接接头组织与性能研究
• 4.1 埋弧焊
• 4.1.1 显微组织观察与分析
• 4.1.2 焊接接头力学性能
• 4.1.3 焊接接头断口形貌分析
• 4.2 焊条电弧焊
• 4.2.1 焊接接头宏观观察
• 4.2.2 焊接接头显微组织分析
• 4.2.3 焊接接头力学性能
• 4.3 钨极氩弧焊
• 4.3.1 焊接接头宏观观察
• 4.3.2 焊接接头显微组织分析
• 4.3.3 焊接接头力学性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在读期间取得的科研成果
• 致谢