Cr15Mn9Ni1N奥氏体不锈钢的焊接及接头性能

Cr15Mn9Ni1N奥氏体不锈钢的焊接及接头性能

论文摘要

Cr15Mn9Ni1N奥氏体不锈钢属于200系列不锈钢。与常规的Ni-Cr系奥氏体不锈钢相比,这类钢有较高的强度,良好的耐磨损性能及耐点蚀性能。这些不锈钢具有较高的含Mn量,并加入氮进行强化,通过以氮代镍稳定奥氏体组织,又能大大降低原材料成本。然而,由于化学成分体系的差异,这类钢在焊接过程中的凝固及冶金特性与Ni-Cr系不锈钢有所不同。其凝固热裂纹倾向与常规的300系列奥氏体不锈钢不同。本文通过对Cr15Mn9Ni1N奥氏体钢的焊接特性进行研究,分析和探讨了低镍奥氏体不锈钢的焊接接头的凝固模式、组织特性及热裂纹的倾向。采用钨极氩弧焊及手工电弧焊两种焊接方法,并调整焊接工艺参数,分析这种钢不同线能量下的焊缝组织特性。由于此新钢种特殊的化学成分,目前没有相应匹配的焊接材料,本文中初步选定E309L-16作为手工电弧焊的焊接材料。同时制定合理的焊接工艺,以解决在焊接过程中可能出现的热裂纹等问题。并通过焊接接头的拉伸、弯曲、硬度等力学性能试验以及金相观察、电子探针等试验手段,检测其焊接性能,为今后此钢种的工业应用提供直接的加工依据。分析残留δ铁素体形态和所处的位置,可以判断焊逢金属的凝固模式。通过观察焊接接头金相组织看出,从熔合线到焊缝中心,奥氏体基体分布的残留δ铁素体形态,依次为侧板条、蠕虫状和骨架形。由此可以确定,这种钢焊缝金属的凝固模式为FA模式。大量工程实践和实验研究已经证实,如果焊逢金属以先析出δ铁素体的FA模式凝固,可以有效地防止焊接热裂纹。通过简便的施加应变的横向可调拘束度试验装置,采用钨极氩弧焊的焊接方法,研究了Cr15Mn9Ni1N奥氏体不锈钢的热裂纹倾向。分析实验结果并与其他不锈钢材料相比较后可以看出,此种氮强化的奥氏体不锈钢热裂纹敏感性较低。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 插图索引
  • 附表索引
  • 第1章 绪论
  • 1.1 低镍奥氏体不锈钢的应用
  • 1.2 低镍奥氏体不锈钢的国内外发展过程及现状
  • 1.2.1 国内低镍奥氏体不锈钢的发展过程及现状
  • 1.2.2 国外低镍奥氏体不锈钢的发展过程及现状
  • 1.3 低镍奥氏体不锈钢中合金元素的作用
  • 1.3.1 氮在奥氏体不锈钢中的作用
  • 1.3.2 镍在奥氏体不锈钢中的作用
  • 1.3.3 铬在奥氏体不锈钢中的作用
  • 1.3.4 锰在奥氏体不锈钢中的作用
  • 1.4 低镍奥氏体不锈钢的焊接及其发展
  • 1.4.1 奥氏体不锈钢的焊接
  • 1.4.2 低镍奥氏体不锈钢的焊接
  • 1.5 热裂纹倾向性的研究
  • 1.5.1 热裂纹的主要影响因素
  • 1.5.2 可调拘束度试验
  • 1.6 课题主要研究内容
  • 第2章 焊接试验方法
  • 2.1 焊接材料的选择
  • 2.2 焊接工艺
  • 2.3 焊后热处理工艺
  • 2.4 焊接接头力学性能试验
  • 2.4.1 力学性能试样取样方法
  • 2.4.2 焊接接头拉伸试验
  • 2.4.3 焊接接头弯曲试验
  • 2.4.4 焊接接头硬度
  • 2.5 焊接接头微观组织研究
  • 2.5.1 焊接接头的金相检验
  • 2.5.2 EPMA电子探针分析
  • 第3章 焊接接头力学性能研究
  • 3.1 拉伸试验
  • 3.2 弯曲试验
  • 3.3 硬度测试
  • 第4章 焊接接头组织特性及凝固模式
  • 4.1 凝固模式对微观组织的影响
  • 4.1.1 A模式凝固
  • 4.1.2 AF模式凝固
  • 4.1.3 FA模式凝固
  • 4.1.4 F模式凝固
  • 4.2 焊接接头组织观察
  • 4.2.1 TIG焊焊接接头组织
  • 4.2.2 手工电弧焊焊接接头组织
  • 4.3 电子探针分析
  • 4.3.1 TIG焊焊接接头成分分析
  • 4.3.2 手工电弧焊焊接接头成分分析
  • 4.4 热影响区的组织变化
  • 4.5 焊缝金属的凝固模式
  • 第5章 热裂纹研究
  • 5.1 热裂纹的评定
  • 5.2 横向可调拘束度试验
  • 5.3 热裂纹研究
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)
  • 相关论文文献

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