铜和铌对HSLA钢多层焊焊缝组织和性能的影响

摘要

本文采用在Q345钢板表面Ⅴ型槽内预置纯铜细丝和铌铁粉、普通C-Mn钢焊丝惰性气体保护堆焊的方法，制备了具有不同铜含量(0-3.2wt％)且加铌(0.03wt％)或不加铌的焊缝金属。采用GLEEBLE-3500热-力模拟试验机和截取的全焊缝试样，对多层焊不同区域(分别对应于650℃、725℃、850℃、950℃、1200℃和1300℃等不同峰值温度)及不同线能量(10-75kJ/cm)下的粗晶区进行了模拟，测试了模拟样品的硬度，观察了模拟多层焊缝的金相组织，利用透射电镜(TEM)分析了焊缝中的第二相粒子，研究了Cu和Nb对改善低合金高强度钢多层焊焊缝金属显微组织和力学性能及其均匀性的作用。 结果表明：在单道焊缝中，Cu含量低于1.0 wt％时，对焊缝金属没有明显的强化作用；Cu含量达到3.0wt％时，对焊缝的强化效果明显，焊缝金属的硬度(HVN)可达到280，相应的抗拉强度为900 Mpa；当焊缝中的Cu含量相同时，在焊缝中加入0.03、wt％的Nb与不加Nb相比，不能显著提高焊缝金属的强度。在模拟多层焊缝中，单独添加Cu的焊缝金属的硬度均匀性较差，在0.5-3.0wt％Cu与0.03wt％Nb复合加入时，有利于在焊缝中获得综合性能良好的针状铁素体和下贝氏体组织，且组织和硬度分布均匀；在不同焊接线能量的模拟多层焊缝中，Cu、Nb复合加入与Cu单独加入的焊缝相比，其硬度值随线能量的增加，下降趋势相对平缓。3.0wt％Cu与0.03wt％Nb同时加入时，在模拟多层焊缝中产生了Cu与Nb的复合析出，使ε-Cu粒子析出的均匀性增强，相应焊缝金属的硬度(HVN)均达到280以上，获得了抗拉强度在900 Mpa以上且硬度分布均匀的高强度多层焊焊缝金属。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1焊缝金属合金元素

1.2第二相粒子沉淀强化

1.2.1可变形粒子的强化作用

1.2.2不可形变粒子的强化作用

1.2.3沉淀粒子与塑性

1.3合金元素的选择及其对焊缝的影响

1.3.1多层焊过程中合金元素的行为

1.3.2合金元素对焊缝组织和性能的影响

1.4 CU在合金钢钢中的行为

1.4.1 Cu对钢冷却转变的影响

1.4.2铜在钢中的溶解特性

1.4.3铜在合金钢焊缝中的作用

1.5铌在钢中析出及其作用

1.5.1铌在钢中的析出

1.5.2铌的强化作用

1.5.3铌的热稳定性

1.6本文研究目的

第2章试验方案设计

2.1试验方案设计

2.1.1合金元素的加入

2.1.2多道焊的模拟

2.2试验材料

2.3硬度测试及显微组织观察

2.4本章小节

第3章单道次焊接试验结果与讨论

3.1单道次焊接焊缝的力学性能

3.2单道次焊接焊缝的组织观察

3.3本章小节

第4章多层焊热模拟试验结果与讨论

4.1不同峰值温度下的多层焊热模拟

4.1.1不同峰值热模拟过程

4.1.2焊缝的硬度

4.1.3焊缝金相组织分析

4.2不同线能量的多层焊热模拟

4.2.1不同峰值热模拟过程

4.2.2焊缝的硬度

4.2.3焊缝金相组织分析

4.3 TEM分析

4.4本章小节

结论

附录

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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