SAF2507和Q235A异种钢焊接接头组织性能及模拟研究
本文关键词：SAF2507和Q235A异种钢焊接接头组织性能及模拟研究 出处：《太原科技大学》2015年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：双相不锈钢因其组织兼具铁素体和奥氏体,使其拥有的优良抗腐蚀性和综合的力学性能被人所认知,故而在石油运输、海洋勘探等许多关乎国民经济命脉的重大领域起着举足轻重的作用。实际应用中,大量的仪器设备及大型工业制品都会需要使用到双相不锈钢与不同种类金属之间的焊接构件,这样不仅可以得到优良的工业结构还可以提高材料的利用率。可是,因为不同种类金属材料本身之间存在的化学成分及金属特性等方面具备明显的差别,像将双相不锈钢与碳钢不同种类钢施焊,接头残余应力和凝固过渡层等问题在焊缝接头处不可避免就会出现,使得不同种类金属之间的可焊性比同类型金属困难的多。由于不同种类金属之间存在化学成分、热膨胀率等物理和化学性能的差异,因此在焊接接头处产生脆性组织、析出相等焊接缺陷,严重降低焊接接头的服役寿命。基于此,本文重点针对SAF2507双相不锈钢和Q235A钢不同种类的金属施焊后探究焊缝接头组织及性能并利用第一性原理计算模拟了碳元素在Q235A钢熔合区表层扩散的行为,从原子视角出发阐述碳迁移层形成的机理。对比一下SAF2507双相不锈钢和Q235A钢可焊性的特征,最后决定本文采取手工电弧焊(SMAW)的方法,选择化学成分中Cr、Ni元素含量较高的ER2510焊条作为填充金属实施焊接,通过金相显微镜观察发现得到接头处金属的显微结构也是由铁素体和奥氏体两相组成的,与SAF2507双相不锈钢母材组织相类似,显微硬度测试显示接头金属硬度与SAF2507双相不锈钢母材硬度稍有差别但相差不大,符合对焊缝接头实际使用标准的要求。使用光学金相显微镜、扫描电镜、能谱分析仪等仪器设备对Q235A钢的熔合区、热影响和焊缝接头处的相组织及性能进行检测分析。得到结论证实,在Q235A钢熔合区界面,因为碳元素浓度的差异而使得碳元素在熔合区中发生扩散,靠近焊缝熔合线附近的位置出现贫碳区域和碳富集区域称为增、脱碳层,在此区域发现Cr、Ni等合金元素呈现浓度梯度的分布。根据显微硬度检测结果显示脱碳层区域硬度低于Q235A钢母材,而增碳层区域与Q235A钢母材和焊缝金属相比,增碳层所占区域硬度超过上述两区域硬度。利用第一性原理计算模拟碳原子在Q235A钢熔合区表层发生迁移过程,为碳元素在熔合区表层发生扩散提供理论依据。计算结果表明,碳原子固溶于α-Fe(110)、α-Fe-Cr(110)表面结构体系中,均形成稳定的结构;α-Fe-Cr-C(110)体系中随着Cr含量的增加有利于减缓C在表界面的偏聚;C原子更易于偏聚于α-Fe(110)表界面,这一特点促使C更多的偏聚于碳钢/奥氏体钢界面的碳钢一侧。α-Fe-Cr(110)结构表面的稳定性逐渐增强,形成能力逐渐增大。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.11
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，本文编号：1321107
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