V-N-Ti、Nb-V-Ti钢焊接粗晶区组织演变及对韧性的影响

发布时间：2017-08-11 12:10

  本文关键词：V-N-Ti、Nb-V-Ti钢焊接粗晶区组织演变及对韧性的影响

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【摘要】：研发具有可大线能量焊接的海洋平台用微合金钢是我国海洋工程装备高速发展和大力开发海洋经济的需要,本文对国内外海洋平台用可大线能量焊接微合金钢粗晶区(CGHAZ)的相关研究进行了分析论述,在此基础上对E36级别海洋平台用V-N-Ti和NbV-Ti微合金钢热影响区中的粗晶区进行对比研究。系统分析了在不同焊接线能量,特别是大线能量焊接条件下,海洋平台用V-N-Ti和Nb-V-Ti微合金钢粗晶区组织演变和韧性变化的规律。本研究采用Gleeble 3800试验机进行焊接热循环模拟试验。绘制、分析了两种试验钢焊接热模拟条件下粗晶区连续冷却转变曲线(SHCCT),并对两种钢的组织演变规律进行了分析;对两种试验钢粗晶区进行了力学性能试验,结合组织演变规律,分析了粗晶区组织对硬度和韧性变化规律的影响;利用透射电镜并结合Thermo-Calc热力学计算软件对试验钢中各沉淀粒子的析出类型、析出占比等进行了计算;进行了大角度晶界分析和有效晶粒尺寸统计,结合扫描电镜对解理断口以及二次裂纹进行了观察分析,探讨、分析了析出粒子对晶粒细化的作用;此外通过MA组元和珠光体团的统计和临界解理裂纹尺寸计算,分析了MA组元和珠光体团对解理裂纹起裂的影响,进一步分析了两者对韧性的影响。结果表明:对比Nb-V-Ti微合金钢,在大线能量条件下,新型V-N-Ti微合金钢粗晶区的韧性普遍提高。在t8/5为30s时,即线能量为103k J/cm,-40℃低温冲击功最高,为56.67J,粗晶区韧性改善效果最好。这是由于t8/5为30s时粗晶区裂纹起裂功和扩展功都最高。在不同t8/5条件下,裂纹起裂功的变化规律受到MA组元和珠光体团两者的综合影响,而断口解理平面面积变化规律反映了裂纹扩展功的变化。对于V-N-Ti微合金钢粗晶区,从组织上看,主要由细小的多边形铁素体、板条贝氏体、粒状贝氏体和少量珠光体组成;从沉淀粒子角度看,V-N-Ti微合金钢粗晶区中,弥散分布着细小的(V,Ti)(C,N)粒子,一方面钉扎原始奥氏体晶界,另一方面促进铁素体的形核;从断裂机理看,MA组元和珠光体团两种裂纹源的面积占比低,所需解理裂纹起裂功高;V-N-Ti微合金钢粗晶区具有较小的有效晶粒尺寸,所需解理裂纹扩展功高。对于Nb-V-Ti微合金钢粗晶区,含铌粒子完全溶解无法钉扎原始奥氏体,此外铌元素抑制了铁素体相变,导致有效晶粒尺寸过大,原始奥氏体晶界上分布着大量长条状MA组元。由于以上多种因素综合作用,导致了在大线能量作用下Nb-V-Ti微合金钢粗晶区的冲击韧性下降。
【关键词】：V-N-Ti微合金钢 Nb-V-Ti微合金钢 粗晶区 组织 断裂 冲击韧性
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1;TG40
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第一章 绪论10-29
• 1.1 海洋平台用钢的发展现状10-11
• 1.2 可大线能量焊接钢的发展11-12
• 1.2.1 大线能量焊接粗晶区脆化问题11-12
• 1.2.2 可大线能量焊接钢技术研究进展12
• 1.3 传统海洋平台用Nb-V-Ti微合金钢焊接粗晶区研究进展12-18
• 1.3.1 粗晶区组织12-16
• 1.3.2 原始奥氏体晶粒尺寸16-17
• 1.3.3 沉淀粒子17-18
• 1.4 V-N及含钛微合金钢粗晶区韧性影响因素18-27
• 1.4.1 粗晶区组织19-21
• 1.4.2 原始奥氏体晶粒尺寸21-23
• 1.4.3 沉淀粒子23-27
• 1.5 本课题的研究意义27-29
• 第二章 试验材料及试验方法29-33
• 2.1 试验材料及工艺29
• 2.2 研究内容29
• 2.3 试验方法29-33
• 2.3.1 焊接热模拟试验29-31
• 2.3.2 焊接粗晶区力学性能试验及断口分析31
• 2.3.3 焊接粗晶区显微组织观察31
• 2.3.4 焊接粗晶区晶体学特征31-32
• 2.3.5 焊接粗晶区第二相的观察及统计32
• 2.3.6 焊接粗晶区透射电镜观察32
• 2.3.7 沉淀相粒子Thermo-Calc计算32-33
• 第三章 V-N-Ti和Nb-V-Ti微合金钢焊接粗晶区连续冷却转变行为33-41
• 3.1 粗晶区组织演变33-37
• 3.2 粗晶区硬度变化规律37-38
• 3.3 粗晶区连续冷却转变曲线38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 V-N-Ti和Nb-V-Ti微合金钢粗晶区组织和力学性能41-51
• 4.1 粗晶区韧性41-42
• 4.2 粗晶区微观结构42-43
• 4.3 粗晶区MA组元的规律43-44
• 4.4 粗晶区沉淀粒子的作用44-48
• 4.4.1 沉淀粒子对原始奥氏体晶粒尺寸的影响44-46
• 4.4.2 沉淀粒子对晶粒细化的影响46-48
• 4.5 粗晶区组织与韧性关系48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 焊接线能量对V-N-Ti微合金钢粗晶区解理裂纹起裂的影响51-62
• 5.1 MA组元和珠光体团形貌51-53
• 5.2 粗晶区断口分析53-54
• 5.3 粗晶区二次裂纹分析54-55
• 5.4 粗晶区MA组元演变规律55-57
• 5.5 粗晶区珠光体团演变规律57-58
• 5.6 MA组元和珠光体团对解理断裂的影响58-60
• 5.7 本章小结60-62
• 结论62-63
• 参考文献63-69
• 在学期间研究成果69-70
• 致谢70

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本文编号：656019