T4003铁素体不锈钢焊接热影响区组织及性能研究

发布时间：2018-10-11 15:32

【摘要】：随着经济与科技的同步发展，经济型材料的应用日益广泛。在我国镍资源相对贫乏的状况下，不含或少含镍的铁素体不锈钢具有节约资源和经济性高的优势。尤其是12Cr型低碳低铬铁素体不锈钢的出现，其相关焊接构件不仅可应用于多种工况，还大幅度的降低了生产成本，突显了铁素体不锈钢实用性与经济性紧密结合的优势。在生产过程中，铁素体不锈钢可通过特殊轧制过程来满足其使用要求。然而在焊接加工中，铁素体不锈钢焊接热影响区不可避免的经历高温过程，其晶粒会急剧长大，严重制约了焊接构件的安全使用。本文针对经济型铁素体不锈钢T4003钢焊接热影响区的组织与性能进行了分析。采用红外热像实测法和有限元模拟法获得熔化极惰性气体保护焊(MIG)试样热影响区的温度场，进而结合平衡相图对该热影响区的组织演变过程、晶粒长大及析出相的影响进行了研究。在此基础上，应用三种其他焊接热源-冷金属过渡焊(CMT)、电子束焊(EBW)、等离子焊(PAW)对板材进行焊接，分别分析不同热输入下的热影响区组织分布，并对上述四种焊接方法的力学性能和电化学腐蚀性能进行分析。通过红外实测与模拟的结果表明，焊接过程温度变化速度较快，接头区域有较大的温度梯度。热影响区温度范围为830~1500℃，在不同焊接热源下，各部分温度变化规律一致，温度变化速率有一定差别。结合温度场分布、Fe-Cr相图与实际组织分布，研究了T4003焊接热影响区(HAZ)组织演变过程，结果表明：根据温度梯度造成的组织相变和晶粒度的差异，可将热影响区分为HAZ1、HAZ2和HAZ3三个区。靠近熔合线的HAZ1处于峰值温度区间1500~1300℃左右，组织构成以铁素体为主，另有少量马氏体存在；HAZ2处于峰值温度区间约为1300~1150℃，，组织构成为铁素体+低碳马氏体；HAZ3处于峰值温度区间1150~830℃，组织构成为低碳马氏体+铁素体。根据晶粒长大公式与HAZ1的焊接热循环曲线计算出了该区域的平均晶粒尺寸（D=50.69μm），同时也分析了析出相[TiN,(Nb, Ti)C]对晶粒长大机制的影响。针对CMT、EBW、PAW三种焊接方法的焊接热影响区组织分布进行分析，分别对焊接热影响区、粗晶粒区范围及不同温度区域组织的变化情况进行了系统分析。通过显微硬度测试结果表明，焊接热影响区的硬度分布极不均匀，随着焊接热输入的增大，热影响区宽度明显增加，不同焊接方法的硬度曲线变化趋势有相似的规律。焊接热源不同对T4003钢焊接热影响区在不同温度下的冲击性能也有较大影响，具体体现在冲击吸收功的不同和韧脆转变温度的差异，随着试验温度的下降，热影响区冲击性能呈下降趋势。在疲劳性能试验中，等离子弧焊试样的疲劳性能较母材有所下降，疲劳强度为母材的73%，疲劳极限为母材的68.19%。通过电化学腐蚀试验检测了3.5wt%NaCl盐溶液中四种焊接方法焊接热影响区的耐蚀性。结合自腐蚀电流icorr、自腐蚀电位Ecorr和维钝电流ip三项参数以及腐蚀坑的形貌和面积占比，综合分析其耐电化学腐蚀性能优劣依次为：MIG CMT PAW EBW。通过对T4003铁素体不锈钢焊接性分析可得该钢种焊接性能较为优越，适用于多种工况环境。对比各焊接工艺，综合结果表明：常规MIG焊接热影响区的力学性能和耐腐蚀性能均较为优越。
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【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.11

【参考文献】