Mo-V-Ti-N微合金钢的焊接脆化倾向及其抑制方法

摘要

本文为了研究低碳Mo-V-Ti-N微合金结构钢的焊接脆化倾向及其抑制方法，制备了典型增N(120ppm)、单独加B(12ppm)及N+B(210ppm+17ppm)复合添加等三种试验钢，并采用Gleeble3500热模拟机制备了各试验钢在不同t8/5(6～100s)下的模拟粗晶热影响区(CGHAZ)样品。针对各样品，观察了光学显微组织，统计了各组织形态参量；观察了马氏体-奥氏体(M-A)组元脆性相的透射(TEM)结构；测试了M-A及附近基体的纳米压痕硬度；测试了-20℃的V型缺口(CVN)试样的冲击功，观察了扫描(SEM)断口和二次裂纹形貌。
　　结果表明，在Mo-V-Ti-N钢的各CGHAZ中均形成了含M-A的多相组织。其微观结构、硬度和断裂特征随t8/5增加的变化趋势是：贝氏体铁素体(BF)和针状铁素体(AF)的数量减少，先共析铁素体(PF)的数量增多；M-A的形态从条状向块状演化、尺寸增大、弥散度降低，其内部结构从板条马氏体+残余奥氏体向孪晶马氏体演化，与附近基体的硬度差增加；CVN冲击功降低，断口形貌从韧窝塑性断裂向准解理脆性断裂演化。另外，在Mo-V-Ti-N钢中添加微量的硼，在各t8/5下的CGHAZ中均可通过抑制 PF的转变，促进针状铁素体和粒状贝氏体的形成，使M-A的含量降低、尺寸减小、弥散度提高，冲击韧性改善。因此，Mo-V-Ti-N钢的焊接脆化倾向取决于CGHAZ中含M-A组元的多相组织的微观结构和微观硬度特征，抑制方法是采用小线能量焊接或在钢中添加微量的硼。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.1.1 V-N微合金钢的发展及其运用

1.1.2 V-N微合金钢的焊接脆化问题

1.2 V-N微合金钢焊接热影响区的组织

1.3 M-A组元的形成及其影响因素

1.3.1 M-A组元的形成过程

1.3.2 焊接热循环参数对M-A组元形态的影响

1.3.3 合金元素对M-A组元的影响

1.4 M-A组元的脆化作用

1.4.1 M-A组元的形态参数对HAZ脆化倾向的影响

1.4.2 M-A组元的脆化作用机理

1.5 M-A组元脆化作用的抑制方法

1.5.1 控制焊接参数

1.5.2 控制奥氏体稳定化元素的成分

1.5.3 硼氮复合微合金化

1.6 本文主要研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 实验方法

2.2.1 焊接热模拟试验

2.2.2 HAZ低温冲击试验及断口分析

2.2.3 显微组织观察及定量分析

2.2.4 M-A组元的微观硬度测量

2.2.5 M-A组元的精细结构观察

2.3 本章小结

第3章 CGHAZ脆化机理的研究

3.1 实验结果

3.1.1 母材的金相组织

3.1.2 焊接热影响区的组织

3.1.3 焊接热影响区中M-A组元的观察

3.1.4 M-A组元的微观硬度测试

3.1.5 模拟粗晶热影响区的冲击韧性测试

3.2 讨论

3.2.1 粗晶热影响区基体组织和冲击性能的关系

3.2.2 M-A组元形态参数对脆化倾向的影响

3.2.3 M-A组元的脆化作用机理

3.3 本章小结

第4章 微量硼对CGHAZ脆化倾向的抑制

4.1 实验结果

4.1.1 试验钢的光学显微组织

4.1.2 CGHAZ的光学显微组织

4.1.3 CGHAZ中M-A组元的观察

4.1.4 模拟CGHAZ的冲击韧性测试

4.2 讨论

4.2.1 硼对CGHAZ显微组织的影响

4.2.2 硼对M-A组元形态的影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务及研究成果

致谢

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