高氮钢MIG焊工艺及接头组织与性能研究

发布时间：2017-04-29 01:06

  本文关键词：高氮钢MIG焊工艺及接头组织与性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高氮奥氏体(γ)不锈钢(高氮钢)具有许多优异性能,与传统的应用广泛的Ni-Cr奥氏体(γ)不锈钢相比较,具有高强度、高韧性、高应变硬化能力、强耐蚀性和低磁化等性能。上述优异性能使高氮钢逐渐地发展成为一种重要的新型结构材料,作为新型结构材料能否广泛应用在一定程度上取决于焊接性能。由于高氮钢具有高含量氮的性质,在焊接过程中可能会出现氮逸出损失、析出氮化物、形成气孔及热裂纹缺陷等问题,导致焊接性能差以至焊接接头失去原有高氮钢的优异性能。因此,对高氮钢焊接技术的研究具有十分重要的理论意义和实用价值。本文采用熔化极气体保护焊的方法,研究了焊接工艺参数、保护气体成分、焊丝成分以及不同加工状态母材对高氮钢焊接接头组织与性能的影响;采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析、XRD分析仪等设备对接头进行了组织和相的分析;对焊接接头力学性能如显微硬度、冲击韧性等进行了测试;分析研究了铸造、热轧、焊缝三种状态的高氮钢在5%NaCl水溶液电化学腐蚀性和10%H_2SO_4以及3.5%NaCl的水溶液中的浸泡腐蚀性。在本试验参数范围内的实验结果表明:(1)高氮钢焊接接头组织形态变化规律趋于一致,焊缝组织为枝晶状奥氏体(γ)+少量析出的δ-铁素体;HAZ等轴γ基体上分布有原热轧母材遗留的“条状”组织,γ晶粒与母材相比没有长大;熔合区与焊缝及母材间过渡良好,其晶界变宽并有δ铁素体析出。(2)随Ar保护气中N_2增加,焊缝硬度提高;HAZ及加氮气保护的焊缝硬度明显高于母材;HAZ及焊缝韧性高于热轧母材,其主要原因是原热轧母材“条状”组织与γ基体间的结合状态有所改善。(3)采用热轧态、铸态、铸态固溶三种加工状态的高氮钢母材焊接接头的硬度关系变化趋势较一致,焊接接头均未出现软化区;随焊接热输入的增加,焊缝和熔合区硬度降低,而HAZ硬度提高;HAZ硬度高于母材,其主要原因是在其γ基体中形成了大量Cr-N富集区阻碍位错运动所致。(4)铸态高氮钢、热轧高氮钢与其焊缝的电化学测试结果趋于一致,与316L奥氏体(γ)不锈钢相比,钝化区较宽,随着电位提高,钝化区电流先明显下降而后缓慢上升,在较高电位下出现“二次钝化”,电化学腐蚀性明显好于316L,这与高氮钢中N对钝化层Cr的吸引作用在钝化层内层最强导致钝化层内层形成Cr_2O_3致密性高于表面有关,但在3.5%NaCl水溶液浸泡腐蚀中的抗蚀性要低于316L,这与高氮钢组织结构和元素分布不均匀导致其抗蚀性降低有关。
【关键词】：高氮奥氏体(γ)不锈钢 焊接接头 组织形态 力学性能 耐蚀性能
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.11
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 引言8
• 1.2 高氮奥氏体不锈钢及其发展现状8-11
• 1.2.1 高氮钢的定义及其分类8-9
• 1.2.2 国外高氮奥氏体不锈钢的发展现状9-10
• 1.2.3 国内高氮奥氏体不锈钢的发展现状10-11
• 1.3 高氮奥氏体(γ)不锈焊接研究现状11-16
• 1.3.1 高氮钢焊接的氮含量及气孔问题12
• 1.3.2 高氮钢焊接过程中的焊接裂纹12-14
• 1.3.3 氮对奥氏体不锈钢焊缝力学性能的影响14-15
• 1.3.4 氮对奥氏体不锈钢焊缝耐蚀性能的影响15-16
• 1.4 本课题的主要研究内容16-17
• 第二章 材料制备及实验研究方法17-24
• 2.1 材料制备17-21
• 2.1.1 焊接用铸态母材的制备及组织特征17-18
• 2.1.2 焊接用固溶态母材的固溶处理及组织特征18-19
• 2.1.3 焊接用热轧态母材的制备及组织特征19-20
• 2.1.4 实验高氮钢焊丝的制备20-21
• 2.2 试验方法21-22
• 2.2.1 实验高氮钢的焊接21
• 2.2.2 焊接工艺参数的选择21-22
• 2.3 焊接接头的微观组织及成分分析22-23
• 2.4 力学性能测试23-24
• (1) 硬度测试23
• (2) 冲击试验23-24
• 第三章 保护气体成分对热轧高氮钢MIG/MAG焊接头组织与性能的影响24-37
• 3.1 实验工艺24-25
• 3.2 实验结果与分析25-31
• 3.2.1 热轧实验高氮钢MIG焊接头组织形态分析25-29
• 3.2.2 热轧实验高氮钢MAG焊接头组织29-31
• 3.3 焊接接头力学性能31-34
• 3.3.1 焊接接头硬度分析31-33
• 3.3.2 焊接接头冲击韧性33-34
• 3.4 分析讨论34-36
• 3.4.1 HAZ硬度增大机理34-35
• 3.4.2 母材“条状”相对HAZ的影响35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 焊丝成分及焊接热输入对热轧高氮钢MIG焊接头组织与性能的影响37-47
• 4.1 实验工艺37
• 4.2 实验结果与分析37-43
• 4.2.1 热轧实验高氮钢焊接接头组织形态分析37-40
• 4.2.2 热轧实验高氮钢焊接接头能谱分析40-43
• 4.2.3 热轧实验高氮钢焊接接头相结构分析43
• 4.3 热轧实验高氮钢焊接接头的力学性能分析43-45
• 4.4 本章小结45-47
• 第五章 铸态和铸态固溶实验高氮钢MIG焊接头组织与性能研究47-55
• 5.1 实验工艺47
• 5.2 实验结果与分析47-53
• 5.2.1 铸态实验高氮钢MIG焊接头组织与形态47-50
• 5.2.2 铸态和铸态固溶实验高氮钢焊接接头能谱分析50-52
• 5.2.3 铸态和铸态固溶实验高氮钢焊接接头相结构分析52-53
• 5.3 铸态和铸态固溶实验高氮钢焊接接头力学性能试验53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第六章 实验高氮钢焊接接头耐蚀性研究55-61
• 6.1 实验材料及方法55
• 6.2 实验结果55-58
• 6.2.1 电化学腐蚀实验55-56
• 6.2.2 实验高氮钢在常温 10%H_2SO_4水溶液中的腐蚀实验56-57
• 6.2.3 实验高氮钢在 3.5%NaCl中浸泡腐蚀实验57-58
• 6.3 分析讨论58-60
• 6.4 本章小结60-61
• 第七章 结论61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 作者简介67
• 攻读硕士学位期间研究成果67

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