激光热处理对1Cr5Mo耐热钢焊接接头力学与腐蚀性能影响机理研究

发布时间：2017-08-25 21:30

  本文关键词：激光热处理对1Cr5Mo耐热钢焊接接头力学与腐蚀性能影响机理研究

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【摘要】：为了达到实际工作要求,石油、化工和能源行业的传输管道都是在高温、腐蚀工况中工作的,这就需要一种能够满足以上特定工作环境的钢种作为管道原材料,而由于我国可采用的管材种类有限,因此在化工、石油及能源行业中一般采用1Cr5Mo耐热钢。焊接是连接1Cr5Mo钢管道的主要方法,填充材料与母材焊接端两侧的材料经过熔化后重新结合,这就容易出现气孔、组织粗大的缺陷,使得接头的安全性能有所降低。同时,在焊接过程中引入的焊接热会导致接头产生焊接残余拉应力,影响接头的力学性能。目前对于耐热钢及其焊接接头,尤其在激光热处理后其使用可靠性缺乏深入的研究。本文利用CO2激光对1Cr5Mo耐热钢焊接接头进行了表面热处理,研究了其对耐热钢焊接接头的力学及耐腐蚀性能的影响,论述了激光热处理后焊接接头表面强化层的形成机理,为焊后热处理提供了一种安全可行的试验方法。主要结论和创新成果如下:(1)研究了激光热处理对1Cr5Mo耐热钢焊接接头表面晶粒细化和微观强化机理;分析了激光热处理对1Cr5Mo耐热钢焊接接头表面热影响区的微观组织,晶粒度,残余应力及残余奥氏体的影响。研究发现:经激光热处理后1Cr5Mo耐热钢焊接接头表面晶粒发生细化,焊缝区、熔合区、过热区和正火区等区域晶粒等级分别由9级、9.8级、8级和10.7级提升至10级、10.2级、8.5级和11级,组织结构薄弱区域由过热区、焊缝区和熔合区减少为过热区,均匀性得到了明显改善;激光热处理消除了焊接接头表面残余拉应力,形成了深度约为0.28 mm的残余压应力层,残余奥氏体含量有所提高,分布更均匀,有利于改善其力学性能。(2)1Cr5Mo耐热钢作为高温裂解管道时,在服役过程中除了要承受高温的工作环境,还要抵抗管线连接过程中引入结构应力、温度变化形成的热应力及管内输送的高压介质所引起的拉应力载荷,因此,在一定温度下的拉伸方式来模拟生产中的工作情况。结果表明:在200℃时激光热处理后试样的屈服应力、拉伸强度和伸长率分别提高32.5%、22.5%和4.6%;而在300℃时试样的屈服应力、拉伸强度和伸长率分别提高6.6%、6.5%和7.5%,激光热处理前后试样拉伸断口均为韧性断口,但激光热处理试样韧窝尺寸大于原始试样,当温度上升到300℃时,韧窝尺寸继续增大;激光热处理后试样表面产生的晶粒细化和残余压应力是拉伸性能提高的主要因素。(3)针对1Cr5Mo钢管道传输含盐量较高的物质,开展了基于试验标准GB10587-2006的盐雾腐蚀试验,采用SEM、EDS和XRD等手段研究了激光热处理对提高1Cr5Mo钢接头耐腐蚀性能的影响。试验结果表明:原始状态1Cr5Mo耐热钢焊接接头表面形成的腐蚀物较疏松,而经激光热处理后试样表面腐蚀坑尺寸有所减小,腐蚀产物平整致密,延缓介质向基体渗透速度;激光热处理提高了焊接接头表面自腐蚀电位,使得腐蚀不易进行,此中晶粒细化和形成的压应力是提高耐腐蚀性的关键机制。(4)采用慢应变速率试验方法,研究了NACE溶液中1Cr5Mo耐热钢焊接接头应力腐蚀敏感性、应力腐蚀断口形貌和断裂方式的影响机理,同时探讨了激光扫描速率对接头慢拉伸试验的影响。试验结果表明:激光热处理后接头的应力腐蚀敏感性指数由33.9%下降到23%以下;试样表层获得的压应力是应力腐蚀性能提高的主要机制;激光扫描速率对1Cr5Mo钢接头应力腐蚀性能有一定的影响,其中扫描速度为400 mm/min时应力腐蚀敏感指数最小。综上所述,本文为激光热处理提高1Cr5Mo耐热钢焊接接头力学性能以及抗腐蚀性能提供了试验基础,为激光热处理的应用推广提供了技术基础。
【关键词】：1Cr5Mo耐热钢 焊接接头 激光热处理 拉伸性能 腐蚀试验
【学位授予单位】：常州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG156.99;TG407
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 耐热钢国内外发展研究状况13
• 1.3 焊接接头缺陷分析13-14
• 1.4 常用表面强化处理技术14-15
• 1.4.1 喷丸处理14
• 1.4.2 表面纳米化14
• 1.4.3 超声冲击14
• 1.4.4 爆炸法处理14-15
• 1.4.5 碾压处理15
• 1.4.6 锤击处理15
• 1.4.7 整体高温回火处理15
• 1.5 激光热处理技术研究及应用15-17
• 1.5.1 激光热处理原理15-16
• 1.5.2 激光热处理特点16
• 1.5.3 激光热处理技术的应用16-17
• 1.5.4 激光热处理的发展方向17
• 1.6 课题的研究内容及方法17-20
• 2 试验材料及方法20-32
• 2.1 试验材料20
• 2.2 试验设备20-26
• 2.2.1 激光热处理设备20-21
• 2.2.2 金相显微镜21
• 2.2.3 X射线应力测试仪21-22
• 2.2.4 电解抛光机22-23
• 2.2.5 拉伸试验机23-24
• 2.2.6 场发射扫描电镜24
• 2.2.7 XRD射线衍射仪24-25
• 2.2.8 盐雾腐蚀试验箱25
• 2.2.9 电化学工作站25-26
• 2.2.10 应力腐蚀试验机26
• 2.3 试验方法26-32
• 2.3.1 焊接方法26-27
• 2.3.2 激光热处理工艺27-28
• 2.3.3 金相组织分析方法28
• 2.3.4 热拉伸试验方法28-29
• 2.3.5 盐雾腐蚀试验方法29-30
• 2.3.6 应力腐蚀试验方法30-32
• 3 激光热处理对耐热钢焊接接头表面性能的影响32-42
• 3.1 组织性能的影响32-38
• 3.1.1 宏观形貌分析32-33
• 3.1.2 微观形貌分析33-35
• 3.1.3 晶粒度分析35-38
• 3.2 激光热处理对残余应力的影响38-40
• 3.2.1 水平方向影响38-39
• 3.2.2 深度方向影响39-40
• 3.3 激光热处理对残余奥氏体的影响40
• 3.3.1 试验结果与分析40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 激光热处理对耐热钢焊接接头拉伸性能的影响42-50
• 4.1 拉伸曲线42-43
• 4.2 拉伸断口分析43-47
• 4.2.1 断口形貌分析43-46
• 4.2.2 分层断裂分析46-47
• 4.3 分析与讨论47-49
• 4.3.1 界面形貌分析47-48
• 4.3.2 EDS分析48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 激光热处理对耐热钢焊接接头盐雾腐蚀的影响50-60
• 5.1 腐蚀后形貌分析50-52
• 5.1.1 腐蚀后表面形貌50-51
• 5.1.2 腐蚀坑形貌51-52
• 5.1.3 腐蚀裂纹52
• 5.2 腐蚀产物分析52-55
• 5.2.1 腐蚀后表面EDS分析52-53
• 5.2.2 腐蚀后界面EDS分析53-55
• 5.3 极化曲线55-56
• 5.4 腐蚀机理分析56-59
• 5.4.1 金相组织56-57
• 5.4.2 XRD分析57-58
• 5.4.3 残余奥氏体58-59
• 5.5 本章小结59-60
• 6 激光热处理对耐热钢焊接接头抗应力腐蚀性能的影响60-71
• 6.1 慢拉伸试验结果60-61
• 6.2 慢拉伸断口分析61-69
• 6.2.1 断口形貌分析61-66
• 6.2.2 断口韧窝分析66-68
• 6.2.3 断口EDS分析68-69
• 6.3 二次裂纹分析69-70
• 6.4 本章小结70-71
• 7 结论与建议71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 建议72-73
• 参考文献73-79
• 攻读学位期间研究成果79-81
• 致谢81

【参考文献】

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本文编号：738310