回火处理对低相变点焊缝金属组织和性能的影响

摘要

低相变点焊接材料可以提高和改善焊接结构的疲劳性能，但是其焊缝金属的综合力学性能，尤其是韧性，还远不能满足工业要求。因此，研究提高低相变点焊缝金属的综合力学性能的技术具有较为重要的工程意义。 本文研制了13Cr-10Ni和12Cr-6Ni两种不同铬镍比的低相变点焊缝金属。研究了300℃×2h，620℃×0.5、1、2及4h等5种不同回火工艺对两种低相变点焊缝金属显微组织和力学性能的影响；分析了逆变奥氏体和碳化物对低相变点焊缝金属力学性能的影响，并且研究了逆变奥氏体形成规律及机制。试验结果表明，两种低相变点焊缝金属在焊态下的显微组织均为淬火马氏体+残余奥氏体，其中13Cr-10Ni低相变点焊缝金属含有较多的残余奥氏体（约20.2%）。经低、高温回火处理后，两种低相变点焊缝金属的显微组织和力学性能存在显著差异。在300℃×2h低温回火过程中，两种低相变点焊缝金属均有少量的碳化物析出，其中13Cr-10Ni低相变点焊缝金属析出M3C型碳化物（约0.6%），12Cr-6Ni低相变点焊缝金属析出M23C6型碳化物（约0.8%），并且两种低相变点焊缝金属的综合力学性能皆有所改善。当回火工艺为620℃×2h时，两种低相变点焊缝金属均有逆变奥氏体生成，且碳化物含量随回火温度升高而增加。13Cr-10Ni高温回火试样由于析出较多的碳化物（约6.3%），导致其综合力学性能不如低温回火试样；12Cr-6Ni高温回火试样具有更高的冲击韧性，但是其强韧匹配不佳。 两种低相变点焊缝金属的显微组织和力学性能经620℃不同时间回火后存在显著差异。13Cr-10Ni低相变点焊缝金属在0.5-2h回火阶段其碳化物含量逐渐增多，导致其逆变奥氏体热稳定性降低，因此逆变奥氏体含量有所减少；但经4h回火后，碳化物含量已稳定，逆变奥氏体含量又有所回升（约18.5%）。12Cr-6Ni低相变点焊缝金属在0.5-1h回火阶段其逆变奥氏体含量明显增多，而且经1h回火后逆变奥氏体含量开始进入饱和阶段（约7.1%），但是碳化物含量随着回火时间的增加而逐渐增多。结合力学性能分析可知，13Cr-10Ni低相变点焊缝金属的冲击韧性随着回火时间的增加呈先下降后增加的变化规律，其4h回火试样具有最佳的强韧匹配；12Cr-6Ni低相变点焊缝金属经1h回火后具有最佳的强韧匹配。此外，两种低相变点焊缝金属的逆变奥氏体的形核位置主要位于回火马氏体板条内部、边界及碳化物处，其形成机制均为扩散机制，Ni元素的扩散对逆变奥氏体的形核与长大起着关键作用。

目录

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 低相变点焊材的研究进展

1.2.1 显微组织

1.2.2 疲劳性能

1.2.3 冷裂纹敏感性

1.2.4 韧性方面

1.3 低相变点焊缝金属的合金设计

1.4 Fe-Cr-Ni系合金的回火转变

（1）奥氏体不锈钢

（2）超级马氏体不锈钢

1.5 主要研究内容

第2章 试验材料与研究方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

2.2.1 热模拟试验

2.2.2 焊后回火工艺

2.2.3 显微组织观察

2.2.4 力学性能测试

第3章 回火温度对低相变点焊缝金属组织和性能的影响

3.1 微观组织分析

3.1.1扫描电子显微镜下微观组织分析

3.1.2 X射线衍射结果分析

3.1.3 透射电子显微镜下微观组织分析

3.2 力学性能结果分析

3.2.1 拉伸试样结果分析

3.2.2 冲击试验结果分析

3.2.3 硬度试验结果分析

3.3 本章小结

第4章 回火时间对低相变点焊缝金属组织和性能的影响

4.1 微观组织分析

4.1.1 扫描电子显微镜下微观组织分析

4.1.2 X射线衍射结果分析

4.1.3 透射电子显微镜下微观组织分析

4.2 力学性能结果分析

4.2.1 拉伸试样结果分析

4.2.2 冲击试验结果分析

4.2.3 硬度试验结果分析

4.3 逆变奥氏体形核长大机制

4.3.1 板条马氏体处形核长大

4.3.2 碳化物处形核长大

4.3.3 逆变奥氏体相变热力学分析

4.4 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士期间论文发表和参与科研项目情况

致谢