ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢补焊区组织性能变化机理研究
发布时间：2022-01-04 10:19
ZG06Cr13Ni4Mo是一种低碳马氏体不锈钢,在水力发电、核电机组叶轮及海上钻进平台上被广泛应用,由于大型铸件在铸造过程中很容易引入裂纹、夹杂、缩孔、疏松等缺陷,须采用补焊修复技术对铸造缺陷进行修补,以使铸件性能和质量得到保障并达到安全使用要求。本文采用钨极惰性气体保护焊（GTAW）对ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢进行一次及二次补焊,对原始铸件及一、二次补焊接头的组织及力学性能进行测试,模拟实际生产制造过程中的补焊效果。通过光学显微镜、X射线衍射仪、场发射扫描电镜以及透射电子显微镜对不锈钢铸件及不同补焊次数焊接接头的显微组织、晶粒尺寸、晶体缺陷及晶粒生长方向进行观察,探究了补焊过程中焊接接头组织演变情况。并对原始铸件、一次、二次补焊接头进行硬度、拉伸性能、冲击韧性、残余应力及疲劳性能测试,获得补焊次数对焊接接头力学性能影响规律。此外,研究了深冷处理对原始铸件及一次补焊接头组织及力学性能的影响情况,为制订ZG06Cr13Ni4Mo铸件补焊工艺提供技术支撑。经研究分析得到如下结论:（1）原始铸件经过一次补焊后,组织中不再像原始铸件以板条马氏体为主,且位错密度和织构集中密度均有所降低,...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
核电用叶轮Fig.1.1Impellerusedinnuclearpower
第1章绪论5在实际生产中我们可以也可以发现马氏体不锈钢虽然具有一定程度上的冷裂倾向，但是可以通过人为制定的焊接工艺来避免产生冷裂纹。例如在对数十毫米厚的厚壁马氏体钢管15Cr12WMoV进行焊接时，采用焊条电弧焊，就很容易出现冷裂纹；而当马氏体不锈钢应用在航空发动机上时，通常以薄板形式存在，如22Cr12NiWMoV，它的板厚通常小于6毫米，在TIG焊时很少发现冷裂纹，由此可见，马氏体不锈钢的焊后是否发生冷裂纹还是要取决于具体的施焊工艺。（2）焊接接头的硬化现象若要解决马氏体不锈钢焊接接头硬化现象的难题，其难点主要在于如何把控焊后的冷却速度。由于多数马氏体不锈钢自身的成分特点，它的组织通常处在舍夫勒焊缝组织图中的M和M+F边界区，如图1.2所示。因此当对马氏体不锈钢进行焊接时，无论是在退火状态下还是在淬火状态下进行焊接，当冷却速度较快时，近缝区出现不同程度上的硬化现象不会随着原始状态改变而消失；当冷却速度较慢时，近缝区附近就会产生晶粒尺寸较大的铁素体组织，这时钢材的韧性和塑性便会出现明显的降低。图1.2舍夫勒相图（图中A为奥氏体，M为马氏体，F为铁素体）Fig.1.2PhasecompositiondiagramofSchaefier(A:Austenite;M:Martensite;F:Ferrite)当马氏体含碳量处于0.06%-0.3%时，其焊接基本无难度。超低碳复相马氏体钢在热影响区中不存在硬化区。这是因为超低碳复相马氏体钢基本不受焊接热循环的影响，其热影响区的硬度是均匀分布的。而淬火状态下进行焊接的20Cr13马氏体不锈钢，在近缝区附近部位存在一个问题就是软化现象，其软化程度很大，硬度值仅为焊接前的50%。无论是退火状态的12Cr13还是淬火状态的20Cr13，在近缝区均会出现硬化现象。
8第2章实验及研究方法2.1试验材料试验采用规格为300×500×40mm的ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢作为母材，它是一种沉淀硬化型的低碳马氏体不锈钢，具有较高的强度和较好的韧性、抗气蚀、水蚀性以及良好的焊接性[32]。本研究中所用试件材料及填充材料的化学成分和力学性能如表2.1-表2.3所示：表2.1ZG06Cr13Ni4Mo铸钢的化学成分（质量分数，Wt.%）Tab.2.1ChemicalcompositionofZG06Cr13Ni4Mo(Wt.%)CSiMnSPCrNiMo0.040.580.60.010.0213.64.10.55表2.2ZG06Cr13Ni4Mo铸钢的力学性能Tab.2.2MechanicalpropertiesofZG06Cr13Ni4MoRm/MPaRp0.2/MPaδ/%Z/%冲击温度/℃AkV/J硬度/HRC≥755≥5501535-12.2≥67.8≥22表2.3ER410NiMo焊丝的化学成分（质量分数，Wt.%）Tab.2.3ChemicalcompositionofER410NiMo(wt.%)CSiMnSPCrNiMoNb+TaCuVCo0.020.40.60.0020.02112.14.610.470.010.080.0510.0352.2试样焊前准备使用刨床将试板开60度V型坡口，施焊前需将母材表面的油污、氧化层等去除。为防止焊接变形，尽量避免两块试板对接时产生翘曲等变形导致焊接难度增加或焊接接头成型不良，将组对后的试样固焊在厚度为100mm的垫板上（垫板材料与试样材料一致）再进行焊接，焊接试样如图2.1所示。a试样立体图b试样主视图图2.1焊接试样示意图Fig.2.1Schematicdiagramofweldingspecimen沈阳工业大学硕士学位论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quasi-In-Situ EBSD Observation of the Orientation Evolution in Polycrystalline Tantalum During Rolling Deformation[J]. Ya-Hui Liu,Shi-Feng Liu,Chao Deng,Hai-Yang Fan,Qing Liu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2019(08)
[2]ZG15Cr1Mo1V钢热补焊接头组织与力学性能研究[J]. 杨太勇,梁红兵,马为民,赵灿,韩勇,吕一仕,周宝升. 热加工工艺. 2018(19)
[3]2219铝合金横焊接头的补焊性能研究[J]. 孙世烜,魏瑞刚,高彦军,呼啸,刁禹,藏梦楠. 压力容器. 2018(06)
[4]深冷处理对连续Cf/ZL301复合材料拉伸强度与残余应力的影响[J]. 聂明明,徐志锋,余欢,蔡长春,王振军. 中国有色金属学报. 2017(09)
[5]核压力容器SA508Gr4钢焊接热影响区微区转变及残余应力分布[J]. 白庆伟,麻永林,邢淑清,陈重毅,亢晓岚,蒙耀鑫. 材料热处理学报. 2017(04)
[6]多次补焊对A6N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响[J]. 田志骞,陈东方,马国龙. 电焊机. 2015(11)
[7]多次补焊对30CrMnSiA高强钢焊接接头组织和疲劳性能的影响[J]. 万里鹏,肖熙,江鹏,刘奋成,夏春. 热加工工艺. 2015(21)
[8]多次补焊对6061-T6铝合金T型接头疲劳性能的影响[J]. 付宁宁,夏宁,周成候,戴忠晨,毛镇东. 热加工工艺. 2014(21)
[9]低碳板条马氏体钢中大角度界面对解理裂纹扩展的影响机理[J]. 邓灿明,李昭东,孙新军,周芸,雍岐龙. 机械工程材料. 2014(06)
[10]水轮机转轮上冠ZG0Cr13Ni4Mo铸件焊补工艺[J]. 苗晋娟,王国兵. 科技资讯. 2012(13)
博士论文
[1]低合金高强度船体钢焊接热影响区韧化机理研究[D]. 柴锋.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]冷焊技术在核泵材料表面强化及再制造中的应用[D]. 孙晗.沈阳工业大学 2015
[2]低温真空环境下2A12合金疲劳行为研究[D]. 赵汉卿.哈尔滨工业大学 2013
[3]3Cr13马氏体不锈钢的组织与性能研究[D]. 张盛攀.东北大学 2013
[4]大型离心压缩机焊接叶轮疲劳分析[D]. 刘万青.大连理工大学 2008
本文编号：3568168
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
核电用叶轮Fig.1.1Impellerusedinnuclearpower
第1章绪论5在实际生产中我们可以也可以发现马氏体不锈钢虽然具有一定程度上的冷裂倾向，但是可以通过人为制定的焊接工艺来避免产生冷裂纹。例如在对数十毫米厚的厚壁马氏体钢管15Cr12WMoV进行焊接时，采用焊条电弧焊，就很容易出现冷裂纹；而当马氏体不锈钢应用在航空发动机上时，通常以薄板形式存在，如22Cr12NiWMoV，它的板厚通常小于6毫米，在TIG焊时很少发现冷裂纹，由此可见，马氏体不锈钢的焊后是否发生冷裂纹还是要取决于具体的施焊工艺。（2）焊接接头的硬化现象若要解决马氏体不锈钢焊接接头硬化现象的难题，其难点主要在于如何把控焊后的冷却速度。由于多数马氏体不锈钢自身的成分特点，它的组织通常处在舍夫勒焊缝组织图中的M和M+F边界区，如图1.2所示。因此当对马氏体不锈钢进行焊接时，无论是在退火状态下还是在淬火状态下进行焊接，当冷却速度较快时，近缝区出现不同程度上的硬化现象不会随着原始状态改变而消失；当冷却速度较慢时，近缝区附近就会产生晶粒尺寸较大的铁素体组织，这时钢材的韧性和塑性便会出现明显的降低。图1.2舍夫勒相图（图中A为奥氏体，M为马氏体，F为铁素体）Fig.1.2PhasecompositiondiagramofSchaefier(A:Austenite;M:Martensite;F:Ferrite)当马氏体含碳量处于0.06%-0.3%时，其焊接基本无难度。超低碳复相马氏体钢在热影响区中不存在硬化区。这是因为超低碳复相马氏体钢基本不受焊接热循环的影响，其热影响区的硬度是均匀分布的。而淬火状态下进行焊接的20Cr13马氏体不锈钢，在近缝区附近部位存在一个问题就是软化现象，其软化程度很大，硬度值仅为焊接前的50%。无论是退火状态的12Cr13还是淬火状态的20Cr13，在近缝区均会出现硬化现象。
8第2章实验及研究方法2.1试验材料试验采用规格为300×500×40mm的ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢作为母材，它是一种沉淀硬化型的低碳马氏体不锈钢，具有较高的强度和较好的韧性、抗气蚀、水蚀性以及良好的焊接性[32]。本研究中所用试件材料及填充材料的化学成分和力学性能如表2.1-表2.3所示：表2.1ZG06Cr13Ni4Mo铸钢的化学成分（质量分数，Wt.%）Tab.2.1ChemicalcompositionofZG06Cr13Ni4Mo(Wt.%)CSiMnSPCrNiMo0.040.580.60.010.0213.64.10.55表2.2ZG06Cr13Ni4Mo铸钢的力学性能Tab.2.2MechanicalpropertiesofZG06Cr13Ni4MoRm/MPaRp0.2/MPaδ/%Z/%冲击温度/℃AkV/J硬度/HRC≥755≥5501535-12.2≥67.8≥22表2.3ER410NiMo焊丝的化学成分（质量分数，Wt.%）Tab.2.3ChemicalcompositionofER410NiMo(wt.%)CSiMnSPCrNiMoNb+TaCuVCo0.020.40.60.0020.02112.14.610.470.010.080.0510.0352.2试样焊前准备使用刨床将试板开60度V型坡口，施焊前需将母材表面的油污、氧化层等去除。为防止焊接变形，尽量避免两块试板对接时产生翘曲等变形导致焊接难度增加或焊接接头成型不良，将组对后的试样固焊在厚度为100mm的垫板上（垫板材料与试样材料一致）再进行焊接，焊接试样如图2.1所示。a试样立体图b试样主视图图2.1焊接试样示意图Fig.2.1Schematicdiagramofweldingspecimen沈阳工业大学硕士学位论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quasi-In-Situ EBSD Observation of the Orientation Evolution in Polycrystalline Tantalum During Rolling Deformation[J]. Ya-Hui Liu,Shi-Feng Liu,Chao Deng,Hai-Yang Fan,Qing Liu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2019(08)
[2]ZG15Cr1Mo1V钢热补焊接头组织与力学性能研究[J]. 杨太勇,梁红兵,马为民,赵灿,韩勇,吕一仕,周宝升. 热加工工艺. 2018(19)
[3]2219铝合金横焊接头的补焊性能研究[J]. 孙世烜,魏瑞刚,高彦军,呼啸,刁禹,藏梦楠. 压力容器. 2018(06)
[4]深冷处理对连续Cf/ZL301复合材料拉伸强度与残余应力的影响[J]. 聂明明,徐志锋,余欢,蔡长春,王振军. 中国有色金属学报. 2017(09)
[5]核压力容器SA508Gr4钢焊接热影响区微区转变及残余应力分布[J]. 白庆伟,麻永林,邢淑清,陈重毅,亢晓岚,蒙耀鑫. 材料热处理学报. 2017(04)
[6]多次补焊对A6N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响[J]. 田志骞,陈东方,马国龙. 电焊机. 2015(11)
[7]多次补焊对30CrMnSiA高强钢焊接接头组织和疲劳性能的影响[J]. 万里鹏,肖熙,江鹏,刘奋成,夏春. 热加工工艺. 2015(21)
[8]多次补焊对6061-T6铝合金T型接头疲劳性能的影响[J]. 付宁宁,夏宁,周成候,戴忠晨,毛镇东. 热加工工艺. 2014(21)
[9]低碳板条马氏体钢中大角度界面对解理裂纹扩展的影响机理[J]. 邓灿明,李昭东,孙新军,周芸,雍岐龙. 机械工程材料. 2014(06)
[10]水轮机转轮上冠ZG0Cr13Ni4Mo铸件焊补工艺[J]. 苗晋娟,王国兵. 科技资讯. 2012(13)
博士论文
[1]低合金高强度船体钢焊接热影响区韧化机理研究[D]. 柴锋.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]冷焊技术在核泵材料表面强化及再制造中的应用[D]. 孙晗.沈阳工业大学 2015
[2]低温真空环境下2A12合金疲劳行为研究[D]. 赵汉卿.哈尔滨工业大学 2013
[3]3Cr13马氏体不锈钢的组织与性能研究[D]. 张盛攀.东北大学 2013
[4]大型离心压缩机焊接叶轮疲劳分析[D]. 刘万青.大连理工大学 2008
本文编号：3568168
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