新型奥氏体不锈钢0Cr19Ni30A12焊缝组织和性能的研究

摘要

奥氏体不锈钢和镍基合金由于具有较高的蠕变、断裂强度、抗高温腐蚀性能以及优良的焊接性能而在核电蒸汽发生器传热管中广泛应用。然而，我国不具有核电传热管材自主知识产权。为打破国外技术垄断，结合核电传热管所使用材料的主要性能以及合金元素之间的作用机理，自主研发了新型的耐高温高压奥氏体不锈钢0Cr19Ni30Al2。焊接性能作为衡量蒸汽发生器传热管材的主要性能之一，且国内对传热管材的焊接性能研究存在一定的空白，本文研究了0Cr19Ni30Al2奥氏体钢的焊接性、焊接工艺、焊接材料匹配和接头性能，经过理论分析，制定了0Cr19Ni30Al2奥氏体不锈钢的TIG焊焊接规范，并分别采用ER-Ni30和ER-Ni73两种焊丝焊制了该奥氏体钢。接头通过时效处理、力学性能试验、显微组织观察以及拉伸断口的扫描，对时效前后两种接头进行了对比分析。
　　两种焊丝焊接的新型Fe-Cr-Ni奥氏体不锈钢0Cr19Ni30Al2，熔合良好。时效处理前，ER-Ni30焊丝焊接接头的热影响区晶粒规则，晶界平滑;焊缝处析出相很少。ER-Ni73焊丝焊接接头的熔合区晶粒细小，过热区晶粒和母材晶粒大小一致，无明显长大。650℃长期时效后表明，采用ER-Ni30焊丝焊制的焊接接头组织稳定;镍基ER-Ni73焊丝热影响区晶粒较为粗大，过热区明显，而熔合区晶粒细小，多为等轴细小晶粒。焊接接头随着时效时间的增加，抗拉强度和屈服强度增大，延伸率降低，镍基焊丝的焊接接头的延伸率降低更为显著。弯曲试验中，镍基焊丝在时效500h后，由于析出相在晶界处的富集，背弯试样中有失效断裂情况;而ER-Ni30焊丝焊接接头表现出优良的塑性和韧性，无失效断裂。
　　最终试验结果表明，采用ER-Ni30焊丝焊接奥氏体钢，焊接接头表现出了良好的力学性能;在650℃长时间时效后，仍能保持优越的性能。用镍基ER-Ni30焊丝焊接新型奥氏体不锈钢，在未时效以及短期时效(≤300h)范围内是可行的，当时效时间高于500h后，则镍基焊丝的焊接接头脆性明显提高，因而该焊接接头不能长期应用高温高压的环境中。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外核电研究动态

1．3 核电传热管材料的研究现状

1．3．1 传统核电传热管材料

1．3．2 新兴核电传热管材料

1．4 核电传热管用新型奥氏体不锈钢

1．4．1 奥氏体不锈钢0Cr19Ni30Al2简介

1．4．2 奥氏体不锈钢0Cr19Ni30Al2的力学性能

1．4．3 时效处理对奥氏体不锈钢的影响

1．5 臭氏体不锈钢的焊接性分析

1．5．1 元素对不锈钢焊接性能的影响

1．5．2 奥氏体钢焊接的工艺

1．5．3 新型奥氏体钢焊后可能出现的问题

1．6 本文研究目的和主要研究内容

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

第二章 试验材料、设备及方法

2．1 试验材料

2．2 不锈钢的焊接

2．2．1 焊接工艺

2．2．2 时效处理

2．3 检测方法及应用设备

2．3．1 金相组织分析

2．3．2 微观组织及断口形貌分析

2．3．3 XRD分析

2．3．4 拉伸试验

2．3．5 弯曲试验

2．3．6 焊接接头硬度

第三章 焊接接头组织和性能分析

3．1 焊接接头宏观形貌

3．2 焊接接头的微观组织

3．3 拉伸试验结果

3．4 弯曲试验结果

3．5 硬度试验结果

3．6 本章小结

第四章 时效处理后焊接接头组织和性能

4．1 时效处理后微观组织

4．1．1 金相组织分析

4．1．2 焊接接头析出相分析

4．2 时效后力学性能

4．2．1 室温拉伸性能

4．2．2 弯曲试验分析

4．3 时效后硬度分析

4．4 本章小结

第五章 焊接接头拉伸断口分析

5．1 断口宏观分析

5．2 断口微观分析

5．3 本章小结

第六章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文