细晶组织耐候钢焊接接头组织与性能研究

摘要

细晶组织09CuPTiRe和09CuPCrNi耐候钢是基于铁道工业发展提出的高速、重载、安全的战略要求而开发的细品组织耐候钢，在保持良好的耐大气腐蚀性能的同时，其强度得到了大幅度提高。细品组织耐候钢主要作为结构材料来使用，能否广泛应用在一定程度上取决于其焊接接头的性能。由于晶粒细小，细晶组织耐候钢焊接过程中可能会出现组织粗化和接头软化等问题，从而造成接头性能的下降。因此，细晶组织耐候钢焊接性的研究具有十分重要的理论意义和实用价值。
　　 本研究测定了细晶组织耐候钢和热轧耐候钢的焊接连续冷却曲线，并通过热模拟实验研究了不同焊后冷却速度对热影响区组织和力学性能的影响。以热模拟中对应的热输入进行CO2气体保护焊接，对细晶组织耐候钢和热轧耐候钢实际焊接接头进行组织和力学性能的对比研究，确定最佳的细品组织耐候钢的焊接工艺。结果表明细品组织09CuPTiRE钢Ac1为710℃，AC3为915℃；09CuPCrNi钢Ac1为750℃，AC3为900℃。当冷却速度较大(t8/5≤8s)时，两种细晶组织耐候钢热影响区粗晶区( CGHAZ)组织以贝氏体组织为主；随着冷却速度的变慢，贝氏体板条数量减少，板条宽度增大，在原奥氏体品界上逐渐析出先共析铁素体；当冷却速度更慢(t8/s>18s)时，显微组织由大量的铁素体和珠光体组成，且原奥氏体晶粒明显粗化，先共析铁素体含量增加。细晶组织耐候钢粗品区随着冷却速度的变慢冲击值呈下降趋势。二次热循环的峰值温度和顺序对细晶组织耐候钢的组织和性能影响较大，其中峰值温度为1345℃+1345℃时，两种细晶组织耐候钢综合性能较好；09CuPTiRE钢经历1345℃+900℃和900℃+1345℃的热循环后，组织粗大，同时韧性较低。采用小的焊接热输入(≤13.8kJ/cm)和多道焊时，细晶组织耐候钢焊接接头可获得较好的力学性能，无硬化和软化现象；随着焊接热输入的增加，冲击韧性下降，在热影响区处出现轻微软化现象，软化区较窄。P-Re复合耐候钢CO2气体保护焊焊接接头具有较好的综合性能，接头组织细小，接头具有较高的低温韧性和良好的抗拉强度，且无硬化和软化现象。

目录

文摘

英文文摘

第一章 研究背景

1.1 前言

1.2 国内外发展现状

1.2.1 耐候钢的发展

1.2.2 焊接性的研究

1.3 细晶耐候钢的特点

1.3.1 细晶耐候钢的化学成分

1.3.2 细晶耐候钢的轧制特点

1.3.3 细晶耐候钢的组织

1.4 TMCP与热轧耐候钢焊接HAZ特点的比较

1.4.1 HAZ的晶粒长大

1.4.2 热影响区的软化

1.4.3 焊接接头非平衡组织

1.5 09CuPTiRE和09CuPCrNi的区别

1.5.1 化学成分

1.5.2 力学性能

1.5.3 成本

1.5.4 目前研究

1.6 焊接热影响区及其组织

1.7 本课题研究的内容和意义

1.7.1 研究内容

1.7.2 课题意义

第二章 耐候钢焊接CCT曲线的测定

2.1 实验方法

2.1.1 相变点及CCT曲线的测定

2.1.2 金相试样的制备

2.1.3 组织观察与硬度测量

2.2 控轧控冷与热轧09CuPTiRE钢的焊接CCT曲线

2.2.1 09CuPTiRE钢焊接CCT曲线测定

2.2.2 09CuPTiRE钢显微组织

2.2.3 09CuPTiRE钢硬度

2.3 控轧控冷与热轧09CuPCrNi钢的焊接CCT曲线

2.3.1 09CuPCrNi钢焊接CCT曲线测定

2.3.2 09CuPCrNi钢显微组织

2.3.3 09CuPCrNi钢硬度

2.4 控轧控冷09CuPTiRE钢与09CuPCrNi钢的焊接CCT曲线比较

2.5 本章结论

第三章 细晶组织耐候钢焊接热影响区粗晶区的组织及性能

3.1 焊接热循环的特征参数

3.2 实验方法

3.3 细晶组织09CuPTiRE钢粗晶区的组织和性能

3.3.1 09CuPTiRE钢粗晶区的显微组织

3.3.2 09CuPTiRE钢粗晶区的微观组织

3.3.3 09CuPTiRE钢粗晶区的韧性

3.3.4 09CuPTiRE钢粗晶区的硬度

3.4 细晶组织09CuPCrNi钢粗晶区的组织和性能

3.4.1 09CuPCrNi钢粗晶区的显微组织

3.4.2 09CuPCrNi钢粗晶区的微观组织

3.4.3 09CuPCrNi钢粗晶区的韧性

3.4.4 09CuPCrNi钢粗晶区的硬度

3.5 细晶组织09CuPTiRE和09CuPCrNi钢粗晶区组织和性能的对比

3.6 本章结论

第四章 细晶组织耐候钢在不完全转变区和二次热循环后的组织与性能

4.1 实验方法

4.2 细晶组织09CuPTiRE钢在不完全转变区和二次热循环后的组织与性能

4.2.1 09CuPTiRE钢不完全转变区和二次热循环后的组织

4.2.2 09CuPTiRE钢不完全转变区和二次热循环后的冲击韧性

4.2.3 09CuPTiRE钢不完全转变区和二次热循环后的硬度

4.3 细晶组织09CuPCrNi钢在不完全转变区和二次热循环后的组织与性能

4.3.1 09CuPCrNi钢不完全转变区和二次热循环后的组织

4.3.2 09CuPCrNi钢不完全转变区和二次热循环后的冲击韧性

4.3.3 09CuPCrNi钢不完全转变区和二次热循环后的硬度

4.4 细晶组织09CuPTiRE和09CuPCrNi钢在不完全转变区和二次热循环后的组织与性能对比

4.5 本章结论

第五章 耐候钢CO2气体保护焊接头组织和性能

5.1 试验材料及方法

5.1.1 试验材料

5.1.2 实验方法

5.2 热轧与细晶组织09CuPTiRE钢焊接接头的组织与性能比较

5.2.1 09CuPTiRe钢焊接接头的显微组织

5.2.2 09CuPTiRe钢焊接接头的拉伸与弯曲实验

5.2.3 09CuPTiRe钢焊接接头的冲击性能

5.2.4 09CuPTiRe钢焊接接头的硬度

5.3 热轧与细晶组织09CuPCrNi钢焊接接头的组织与性能比较

5.3.1 09CuPCrNi钢焊接接头的显微组织

5.3.2 09CuPCrNi钢焊接接头的拉伸与弯曲实验

5.3.3 09CuPCrNi钢焊接接头的冲击性能

5.3.4 09CuPCrNi钢焊接接头的硬度

5.4 细晶组织09CuPTiRE和09CuPCrNi钢焊接接头的组织与性能比较

5.5 本章结论

第六章 P-RE复合耐候钢CO2气体保护焊接头组织和性能

6.1 实验材料和方法

6.1.1 实验材料

6.1.2 实验材料和工艺条件

6.2 实验结果与讨论

6.2.1 P-Re复合耐候钢的组织

6.2.2 P-Re复合耐候钢的冲击韧性

6.2.3 P-Re复合耐候钢的拉伸强度

6.2.4 P-Re复合耐候钢的接头硬度

6.2.5 P-Re复合耐候钢与细晶组织09CuPCrNi、09CuPTiRe钢组织与冲击韧性的比较

6.3 本章结论

第七章 结论

参考文献

硕士期间撰写和发表的论文

致谢