双相不锈钢2205匹配焊条的研制及其焊接接头组织与性能分析

摘要

我国焊接材料生产和消耗量大，但在开发研制方面尚有待发展。我国焊接结构产品较为单一，尤其在高强钢、低温钢、耐热钢、不锈钢以及特殊用钢等领域，与其匹配的焊接材料更是凤毛麟角。很多焊接材料都要依靠国外价格较为昂贵的焊接材料的进口。为对今后我国双相不锈钢专用焊材的研究与开发提供借鉴和指导，并全面扩大双相不锈钢2205的应用范围，系统地研究双相不锈钢2205母材各项性能以及开发与其匹配的焊接材料，保证焊缝与母材具有相近的强、韧性匹配便具有十分重大的意义。
　　本文在高强度等级材料双相不锈钢2205的热处理工艺研究、力学性能、耐腐蚀性能分析、显微组织分析及其焊接性研究的基础上，利用均匀设计法开发出与双相不锈钢2205相匹配并且焊缝力学性能优良的焊接材料。通过对所研制焊条药皮脱渣性的研究发现，含TiO2的金红石在TiO2-CaO-SiO2的渣系中对焊条脱渣性的影响较大，焊条药皮中随着Ti含量的增加，熔渣微观组织中白色第二相有明显粗化和形成具有方向性的棒状组织的趋势，使焊条的脱渣性大为优化;对所研制焊条稳弧性能进行测试时发现，当焊条药皮碱度在0.5左右时，焊条的稳弧性能最佳;利用所研制焊条进行实际施焊，焊后焊缝主要以沉淀硬化的形式使基体得以强化，其二次析出相主要有ε-Cu、NbC、Mo2C3，Cr23C6、Cr7C3、Ti(C，N)，以ε-Cu的析出为主，焊材中合金元素Ni、Cr、Mo的添加以及焊后热处理工艺，可以有效的促进富铜相ε-Cu的析出，并使其析出形式趋于细小与弥散，从而使焊接接头的塑性和韧性得到有效提高;最后通过接头耐蚀性测试可以看出,在根据实际工况所选取的腐蚀介质，质量分数为10％的HCl与质量分数为10％的H2SO4中，各接头试样均发生了不同程度的腐蚀，且腐蚀试样在盐酸中的平均腐蚀速率在整体上小于其在硫酸中的平均腐蚀速率，焊后热处理可以有效地提高焊接接头金属的耐蚀性，而焊材中过多合金元素的添加对接头的耐蚀性能有不利影响。
　　通过以上研究研制出的双相不锈钢2205焊条具有优异的焊接工艺性能，与现有国产E2209-16双相不锈钢焊条相比，在相同的焊后热处理状态下，焊接接头的强度基本相同，但在接头冲击韧性方面有较为明显的提升。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 双相不锈钢概述

1．3 双相不锈钢的国内外研究现状

1．4 双相不锈钢匹配焊材的国内外研究现状

1．5 目前存在的问题

1．6 课题研究内容及技术路线

2 试验材料与试验方法

2．1 试验材料

2．1．1 双相不锈钢2205母材

2．1．2 不锈钢焊芯

2．1．3 焊条药皮辅料

2．2 试验方法

2．2．1 均匀设计法

2．2．2 焊条制作流程

2．2．3 焊条脱渣性测试

2．2．4 焊条稳弧性测试

2．2．5 焊接工艺的制定

2．2．6 焊后热处理工艺的制定

2．2．7 微观组织与力学性能测试

2．2．8 腐蚀试验

2．3 主要试验设备

3 焊材成分设计及焊条工艺性能研究

3．1 焊条药皮成分设计

3．1．2 焊条药皮中各组分的作用

3．1．3 焊条药皮组分的初步确定

3．2 焊芯的选择

3．3 焊条脱渣性研究

3．4 焊条稳弧性研究

3．5 焊条其他工艺性能概述

3．6 合金过渡元素的确定

3．7 小结

4 双相不锈钢2205焊接接头组织与性能分析

4．1 双相不锈钢2205焊接接头微观组织分析

4．1．1 焊缝区微观组织分析

4．1．2 熔合区与HAZ微观组织分析

4．2 双相不锈钢2205焊接接头强度分析

4．3 双相不锈钢2205焊接接头的塑性分析

4．4 双相不锈钢2205焊接接头维氏硬度分析

4．5 双相不锈钢2205焊接接头室温冲击韧性分析

4．5．1 母材冲击韧性分析

4．5．2 焊缝区冲击韧性分析

4．5．3 HAZ冲击韧性分析

4．6 双相不锈钢2205焊接接头室温冲击断口扫描

4．6．1 母材区常温冲击断口分析

4．6．2 焊缝区常温冲击断口分析

4．6．3 焊缝区冲击断口二次相分析

4．6．4 HAZ常温冲击断口分析

4．7 小结

5 双相不锈钢2205焊接接头耐蚀性能分析

5．1 腐蚀试验过程

5．2 腐蚀后试样的宏观观察

5．3 腐蚀机理分析

5．3．2 焊缝区试样在H2SO4中的腐蚀

5．3．3 母材区试样在HCl中的腐蚀

5．3．4 母材区试样在H2SO4中的腐蚀

5．4 平均腐蚀速率

5．5 小结

6 结论

致谢

参考文献

作者在硕士论文期间撰写和发表的论文及成果