316L不锈钢焊接接头的组织和力学性能研究

摘要

AP1000主管道焊接接头性能试验研究是大型先进压水堆核电站国家重大科技专项的关键技术研发任务之一。本课题对AP1000主管道焊接接头组织和性能进行研究,分析了铸造316L和锻造316LN奥氏体不锈钢主管道焊件的母材、热影响区和焊缝的组织形貌和相应的硬度分布,测量了316L铸管焊件常温和高温拉伸以及弯曲和冲击性能,对其力学行为进行深入分析。
　　采用窄间隙TIG自动焊焊接铸造316L和锻造316LN奥氏体不锈钢主管道,其焊缝形状完美,没有裂纹、夹渣、气孔和未焊透缺陷出现,表观焊缝质量良好。从第一道焊接到最后一道焊接,焊接接头和母材的组织在整个厚大管壁中分布是均匀的,并沿着管道厚度方向的组织变化规律都是一样的。316L奥氏体不锈钢中,热影响区并不明显,很难和母材区分清楚。母材和热影响区是单一奥氏体组织,为等轴晶粒,晶粒度是1-2级的粗晶粒。316LN奥氏体不锈钢中,存在明显晶粒粗化的热影响区,母材等轴奥氏体晶粒度2-3级的粗晶粒。这两种母材中都含有孪晶。
　　采用化学元素法测定的铸造316L不锈钢管焊缝成分完全控制在316L化学成分规定的范围内,不会形成有害的碳化物和铬化物生成,保证能获得良好的焊接接头性能。316L和316LN不锈钢管焊缝都是由柱状奥氏体和残留的铁素体构成。并且316L焊缝中铁素体含量被控制在10％,其焊缝按照铁素体-奥氏体凝固模式凝固形成的,可以有效阻止热裂纹形成。
　　316L奥氏体不锈钢中,焊缝硬度高于母材,而热影响区和母材硬度相近。316LN奥氏体不锈钢中,焊缝硬度最高。热影响区硬度其次,母材硬度最低。316L奥氏体不锈钢无论是横向还是纵向室温拉伸,其拉伸性能非常良好,塑性都在50%左右。并且全焊缝纵向拉伸强度明显高于部分焊缝的横向拉伸强度,而且横向拉伸试样断在母材而不是焊缝上,表明焊缝强度高于母材。纵向高温拉伸时,316L奥氏体不锈钢能保持很高的屈服强度和抗拉强度以及良好的塑性。
　　316L奥氏体不锈钢母材和热影响区冲击试验时,试样未被冲断,冲击功非常高,显示了非常良好的冲击韧性。316L奥氏体不锈钢焊缝冲击试验时,试样全部冲断,断面布满了韧窝,是典型的韧性断裂,即焊缝也具有较好的韧性。但是焊缝总冲击功小于母材和热影响区,其韧性不如母材和焊缝。316L奥氏体不锈钢弯曲试验表明弯曲试样可以被弯成180°,焊缝表面非常光滑,没有出现任何微裂纹,具有很好的弯曲性能。总之,316L奥氏体不锈钢焊接接头的组织和力学性能良好,已经满足了工程应用。

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第1章 绪 论

1.1选题意义

1.2国内外在该方向的研究现状及分析

1.2.1大型核电站主管道研究现状

1.2.2窄间隙自动化焊接方法

1.2.3奥氏体不锈钢的焊接

1.3本课题主要研究内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1试验材料

2.2试验方法

2.2.1成分分析

2.2.2 X射线衍射分析

2.2.3焊材微观组织的观察

2.2.4硬度试验

2.2.5拉伸试验

2.2.6弯曲试验

2.2.7冲击试验

第3章 316L不锈钢焊接接头显微组织

3.1引言

3.2母材和热影响区的组织研究

3.2.1母材的物相和组织表征

3.2.2不同部位热影响区组织分析

3.4本章小结

第4章 316L不锈钢焊接接头力学性能

4.1引言

4.2硬度性能

4.2.1 316L的硬度分布

4.4.2 316L母材和热影响区冲击行为

4.4.3焊缝的冲击行为

4.5弯曲性能

4.6本章小结

结论

参考文献

致谢

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