压力容器用钢中含钛氧化物对性能的影响研究

发布时间：2019-03-25 09:51

【摘要】：随着机械工程结构的大型化,机械工程结构对钢材的强韧性要求越来越高,所需钢板尺寸也越来越厚。同时为了提高焊接效率,降低钢结构的建设成本,广泛使用大线能量焊接,而大线能量焊接会造成钢材焊接热影响区(heat affected zone-HAZ)的晶粒和组织明显粗化,导致焊接热影响区的韧性明显下降,因此这对大厚度结构钢提出了适应大线能量焊接要求的挑战。在此背景下,通过向钢中引入细小弥散的高熔点氧化物夹杂,利用这些氧化物夹杂物在钢的焊接冷却过程中诱导晶内针状铁素体(intragranulaur acicular ferrite-IAF)形核来细化焊接热影响区组织的氧化物冶金技术,逐渐受到人们的关注和肯定。本课题对氧化物冶金压力容器用钢中细小夹杂物对钢的焊接热影响区的组织性能的影响进行研究,以弄清楚氧化物引起焊接热影响区细化机制,确定细化焊接热影响区组织的有利夹杂,明确细化焊接热影响区的夹杂物类型及晶体学结构关系,深入探索晶内针状铁素体对于改善焊接热影响区低温冲击韧性作用机理,并对诱导晶内针状铁素体形核的夹杂物的适宜尺寸进行模拟计算,以及对氧化物冶金钢的耐蚀性进行了探索。通过研究得到如下结论：(1)氧化物冶金压力容器用钢中既有纳米级TiN,TiOx等第二相粒子细化原奥,又有1-3μm有效夹杂物诱导形成IAF分割原奥氏体晶粒,细化了HAZ组织,减小了HAZ的有效晶粒尺寸,从而提高HAZ的低温冲击韧性。(2)通过对焊接热模拟后的冲击断口及断口截面的SEM观察以及EBSD分析表明：夹杂物诱导形核的IAF可以阻碍裂纹形核和扩展。IAF通过自身的较好的塑性变形能力以及分割细化原奥氏体晶粒提高裂纹形核功；IAF与周围的贝氏体形成大角晶界(45。)阻碍裂纹扩展,并且通过变形吸收裂纹扩展功,从而提高HAZ的低温冲击韧性。(3)通过EBSD对诱导IAF形核的氧化钛和硫化锰复合夹杂物的结构分析,确定了诱导IAF形核的TiOx/MxS复合夹杂为Ti2O3/MnS复合夹杂,取向分析表明MnS趋向于在Ti203上以特定的惯习面和惯习方向({0001}Ti2O3//{111}MnS,10-10Ti2O3//110MnS)析出。(4)在Ti2O3/MnS复合夹杂物上形核的IAF与原奥保持K-S关系,并且趋向于在同一贝茵组,但因IAF与周围的贝氏体不在同一贝茵组,因此可以增加大角晶界(45。)密度,提高焊接热影响区的低温冲击韧性。(5)通过计算表明,对于TiOx/MnS复合夹杂,随着夹杂物尺寸的增大,其周围的贫锰区减小,临界形核尺寸也逐渐减小,并且临界形核尺寸小于贫锰区尺寸,所以影响夹杂物能否诱导IAF形核的因素主要是贫锰区尺寸,夹杂物过大(大于3μm),则贫锰区尺寸较小,不利于IAF的形成。(6)通过氧化冶金钢和传统方法冶炼的对比钢的盐雾腐蚀实验得出,氧化物冶金钢中由于其较高的含氧量,可以提高钢基体自腐蚀电位,氧化物冶金钢中的氧化物夹杂没有造成其耐腐蚀性能的恶化,氧化冶金钢和传统方法冶炼的对比钢的耐腐蚀性能差别不大。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1

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本文编号：2446863