连续热压机马氏体时效不锈钢带的时效、激光焊接和氧化行为研究

发布时间：2018-04-12 16:09

  本文选题：连续热压机 + 马氏体时效不锈钢带　； 参考：《吉林大学》2016年博士论文

【摘要】：由于Fe-Cr-Ni-Mo-Ti-Cu马氏体时效不锈钢具有高的强度和韧性,因此成为制备连续热压机钢带的一种主要材料。该合金时效处理后的力学性能、激光焊接接头性能以及抗氧化性是制备连续热压机钢带过程中必须考核的关键指标,也是实现应用的基础。因此,本文对Fe-Cr-Ni-Mo-Ti-Cu马氏体时效不锈钢的时效行为、激光焊接工艺和焊后热处理以及中温范围内的氧化行为开展研究,优化时效处理和激光焊接工艺以及焊后热处理工艺参数,同时根据激光焊接接头的硬度与屈服强度之间的关联性,提出一种基于焊接接头硬度测量分析确定拉伸断裂位置、焊接联结效率以及预测屈服强度的数学模型,为马氏体时效不锈钢的激光焊接研究提供新的思路和方法。对Fe-Cr-Ni-Mo-Ti-Cu马氏体时效不锈钢进行热转变分析,确定组织转变的临界温度,然后进行了1050℃和850℃两个温度下的固溶处理,350-580℃范围内的时效处理,确定热处理工艺对显微组织和力学性能的影响,包括晶粒尺寸、组织演变、硬度变化以及拉伸性能等,为热处理以及激光焊接接头的焊后热处理提供可参考的工艺参数。采用激光熔焊技术对马氏体时效不锈钢的激光焊接参数进行初步探索,然后对焊后热处理对焊接接头拉伸性能影响进行评价,发现在2 m/min的焊接速度下,当激光功率≥2.0 k W时,激光束能够将3.0 mm厚的马氏体时效不锈钢板焊透,此时熔焊模式为小孔深熔焊,熔焊功率在2.0-3.0 k W范围内,热影响区与熔合区比率较小,焊接效果较好。焊后时效处理可显著提高熔合区和热影响区的硬度,460℃时效处理2h和3h后,焊接接头总体的硬度均达到最高水平,480℃时效处理后,硬度开始下降。时效处理后,焊接接头的屈服强度有较大幅度的提高,与焊接态相比,460℃/2h和460℃/3h时效处理后屈服强度分别提高了64.8%和67.3%。在420℃、460℃、500℃、540℃和580℃的时效温度下,研究了马氏体时效不锈钢激光焊接接头的焊后时效热处理效应。测量了不同温度处理后焊接接头的硬度分布和拉伸性能。热影响区与熔合区的硬度随着时效温度的变化趋势与母材区不同,在420℃以上,这两区的硬度都高于母材区。在所施行的焊后热处理中,460℃时效处理后具有最高的拉伸强度。依据试验结果,使用两个表示激光焊接接头不同区域硬度比率的参数建立一幅图,可用于判断激光焊接接头断裂位置和拉伸屈服强度改善程度。利用焊接接头硬度分布和采用Tabor提出的金属材料的硬度-拉伸屈服强度关系,尝试提出一种能够有效预测经焊后热处理的马氏体时效不锈钢的拉伸断裂位置、焊接效率和拉伸屈服强度的新方法。以Fe-Cr-Ni-Mo-Ti-Cu系的马氏体时效不锈钢作为激光焊接母材,焊后在宽阔的温度范围内进行时效处理,以获得不同的力学性能。与此同时,利用已有的一种18%Ni马氏体时效钢激光焊接接头的试验数据,验证所提拉伸屈服强度预测方法的有效性。Fe-Cr-Ni-Mo-Ti-Cu马氏体时效不锈钢的预测屈服强度误差为3.3%,18%Ni马氏体时效钢的预测屈服强度误差为2.5%。为了进一步证实上述预测方法的适用性,在电子束焊接接头上进行了相似尝试,预测了不同焊后处理的18%Ni马氏体时效钢电子束焊接接头的拉伸屈服强度。预测结果表明了该方法可用于在工程上预测不同处理条件下马氏体时效不锈钢激光焊接接头的屈服强度,也可用于优化焊后热处理工艺参数。研究Fe-Cr-Ni-Mo-Ti-Cu马氏体时效不锈钢在450℃-600℃中温范围内的氧化行为。氧化动力学分析表明,在空气中100h氧化后表现出优异的抗氧化性,表面氧化层具有保护性。利用SEM和纳米硬度计表征表面形貌和氧化表面硬度,在450℃表面氧化膜较为光滑且富集Cr元素,在500℃表面出现针状结构以及一些富O贫Fe和Cr的瘤状突起,当温度升高至550℃时,表面又转为光滑、致密,但在原奥氏体晶界处出现突起,最终在600℃时,表面呈现Fe2O3颗粒状结构。当温度低于550℃,氧化层的硬度高于钢基底的硬度。
[Abstract]:The effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of maraging stainless steel is studied . The effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of stainless steel is studied . A new method for predicting the tensile fracture position , welding efficiency and tensile yield strength of the maraging stainless steel with different treatment conditions is proposed . The results show that the method can be used to predict the tensile fracture position , the welding efficiency and the tensile yield strength of the maraging stainless steel under different treatment conditions .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.71;TG161;TG456.7

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