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铸造低碳马氏体不锈钢ZG00Cr13Ni5Mo模拟焊接热影响区组织与性能研究

作　者: 孙霞
导　师: 刘春明
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: ZG00Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接热影响区显微组织力学性能疲劳强度
分类号: TG457.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

铸造低碳马氏体不锈钢具有良好的淬透性、优良的室温和低温力学性能、腐蚀疲劳强度和动静态断裂韧性,优良的服役性能,如抗空蚀、抗磨损性能等,是目前国内外大中型水轮机转轮广泛应用的材料。随着水轮机向大型化、高效率方向的发展,材料焊接区组织和性能的不均匀性导致的疲劳破坏越来越突显出来。研究焊接热影响区的组织和性能变化规律,对于延长水轮机的服役期限,提高水电站的发电效率都具有重要意义。本研究以ZG00Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢为基础,通过热模拟试验测定了材料的焊接热影响区连续冷却转变图(SH-CCT);通过适当热处理进行了材料热影响区的组织模拟,观察和分析了材料的微观结构特征,测定了材料焊接热影响区的力学性能和疲劳性能,分析了微观组织和合金成分对热影响区性能的影响。取得的结论如下：1.ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢模拟焊接热影响区的室温组织为板条马氏体+δ铁素体,马氏体板条内含有高密度位错,位错相互缠结形成胞状结构。δ铁素体的含量随着焊接时热影响区冷却速度的提高而增加,焊接过程中一旦出现δ铁素体,将无法通过热处理过程消除,因此要适当控制焊接热影响区的冷却速度,减少δ铁素体的生成量。ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢中含有少量的奥氏体,奥氏体呈薄膜状分布在马氏体板条片层之间,奥氏体的含量很少,约为0.6%。2.从ZG00Cr13Ni5Mo铸造马氏体不锈钢的模拟焊接热影响区连续冷却转变图中可以看出,焊接热影响区的冷却速度对ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢马氏体相变的开始点Ms的影响不大,ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢的Ms点在255℃附近小幅变化,在13-4钢的Ms范围内。3. ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢模拟焊接热影响区的强度、冲击韧性和塑性均较焊前状态低,且模拟焊后冷却速度越快,强度、冲击韧性和塑性越低。因此,焊接后要合理控制热影响区的冷却速度。采用480℃×2h焊后回火处理,热影响区的各项力学性能均有显著提高,且模拟焊接后的冷却速度越快,性能提高的幅度越大。4.焊后回火态ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢在模拟长江水中的σ-1较焊前状态有所降低,且随着模拟焊接后冷却速度的提高,σ-1的降幅逐渐增大。因此在焊接时适当地降低热影响区的冷却速度,可以使焊接热影响区获得更优的抗疲劳裂纹萌生能力。5.在ZG00Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢中,可以通过降低铁素体形成元素硅的含量和适当提高镍、铬当量比w(Nieq)/w(Creq),避免或减少出现δ铁素体,提高钢的强度。在冶炼工艺中采用AOD精炼技术,降低ZG00Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢中氮、磷、硫等元素的含量,并且在焊后采用480℃×2h回火处理,可以极大地提高焊后热影响区的韧塑性。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-24
  1.1 水轮机过流部件用马氏体不锈钢的发展历程  11-15
  1.2 我国水轮机转轮用铸造低碳马氏体不锈钢的研究现状  15-21
    1.2.1 铸造低碳马氏体不锈钢的成分  15-16
    1.2.2 马氏体不锈钢的组织构成及相关机制  16-18
    1.2.3 铸造低碳马氏体不锈钢的性能  18-21
      1.2.3.1 铸造低碳马氏体不锈钢的力学性能  18-20
      1.2.3.2 低温韧性脆性转变温度(FATT)  20-21
      1.2.3.3 铸造低碳马氏体不锈钢的疲劳性能  21
      1.2.3.4 铸造低碳马氏体不锈钢的抗空蚀、磨蚀性能  21
  1.3 水轮机的发展趋势及运行中存在的问题  21-23
    1.3.1 水轮机的发展趋势  21-22
    1.3.2 水轮机运行中存在的问题及解决途径  22-23
  1.4 本研究的意义和内容  23-24
    1.4.1 研究意义  23
    1.4.2 研究内容  23-24
第2章模拟焊接热影响区CCT图的测定  24-30
  2.1 引言  24-25
  2.2 实验  25-26
    2.2.1 试验材料与制备  25-26
    2.2.2 SH-CCT图的测定  26
    2.2.3 模拟焊接热影响区组织观察  26
  2.3 试验结果及分析  26-29
    2.3.1 SH-CCT曲线及变化规律  26-27
    2.3.2 拟焊接热影响区组织分析  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章模拟焊接热影响区组织及性能演变  30-46
  3.1 实验  30-32
    3.1.1 试验材料与制备  30
    3.1.2 模拟焊接热影响区与模拟焊后回火  30-31
    3.1.3 力学性能测试  31
    3.1.4 疲劳性能测试  31-32
    3.1.5 微观组织分析  32
  3.2 试验结果及分析  32-45
    3.2.1 试验材料模拟焊接热影响区的组织性能演变  32-37
    3.2.2 试验材料模拟焊接热影响区回火态的组织性能演变  37-45
      3.2.2.1 焊后回火工艺的确定  37-38
      3.2.2.2 试验材料模拟焊接热影响区回火态的组织演变  38-39
      3.2.2.3 试验材料模拟焊接热影响区焊后回火态的力学性能  39-42
      3.2.2.4 试验材料模拟焊接热影响区回火态的旋转弯曲疲劳极限  42-45
  3.3 本章小结  45-46
第4章成分对ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢模拟焊接热影响区组织及性能的影响  46-53
  4.1 实验  46-48
    4.1.1 试验材料与制备  46-47
    4.1.2 组织形貌观察  47-48
    4.1.3 力学性能测试  48
  4.2 试验结果及分析  48-52
    4.2.1 两种合金模拟焊接热影响区的组织对比  48-50
    4.2.2 两种合金模拟焊接热影响区的力学性能比较  50-52
  4.3 本章小结  52-53
第5章结论  53-54
参考文献  54-58
致谢  58

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