预拉伸奥氏体不锈钢(S30408)组合焊焊接接头低温力学性能研究

摘要

全球天然气消费迅猛发展，LNG是天然气储运的主要方式之一，而深冷容器作为其储运的主要装备，需求迅速增长。奥氏体不锈钢由于具有良好的室温及低温韧性、塑性以及抗腐蚀性能、焊接性等，被广泛应用于深冷容器的制造。
　　降低重容比，实现容器的轻量化，已成为深冷容器发展的重要趋势。奥氏体不锈钢深冷容器而言，采用应变强化技术、在设计中考虑材料低温下强度的提升等是其实现轻量化的有效方式，受到广泛关注，已被欧盟、美国等纳入相关标准。
　　奥氏体不锈钢随着温度的降低，其力学特性变化显著，充足的材料低温力学性能数据是容器在低温下安全使用以及利用低温下强度提高进行设计的必要条件。焊接接头作为容器结构中的相对薄弱环节，其性能直接影响到容器的使用安全，而且对于采用了应变强化技术的深冷容器，焊接接头在强化过程中承受显著变形，其力学性能值得重点关注。因此，研究奥氏体不锈钢母材及焊接接头在深冷环境下的力学性能具有十分重要的意义。
　　本文在国家重点研发计划（项目编号2016YFC080190）的支持下，对应变强化及低温对奥氏体不锈钢母材及焊接接头力学性能的影响开展研究，主要完成工作如下：
　　（1）针对国产S30408奥氏体不锈钢，开展了从室温至低温（77K）下拉伸试验，研究了未预拉伸和9％室温预拉伸对于S30408低温拉伸力学性能，并探究了低温屈服平台的微观机理。结果表明随温度降低，材料屈服强度和抗拉强度显著提高，屈强比和伸长率下降，ReL显著高于Rp1.0；预拉伸后，材料屈服强度及屈强比提高，抗拉强度基本不变，断后伸长率下降，ReL介于Rp1.0和Rp2.0之间且对塑形变形限制能力较好；屈服平台的出现与马氏体相变量呈现高度相关性。
　　（2）进行了不同热输入的PAW+GTAW组合焊接试验，研究了焊接热输入对组合焊接头的组织特征、显微硬度以及拉伸、冲击性能的影响。结果表明，随着热输入提高，焊缝奥氏体枝晶方向性增强，显微硬度先升高后降低，抗拉强度小幅提高而冲击功有所下降。
　　（3）研究了奥氏体不锈钢S30408组合焊焊接接头在9%预拉伸过程的变形不均匀性，以及由此带来的对焊接接头组织、显微硬度分布以及拉伸、冲击性能的影响。结果表明，预拉伸后焊缝处变形显著小于热影响区及母材变形；焊缝显微硬度有所下降，热影响区及母材显微硬度则有所升高；低温下焊接接头屈服强度略有提高，抗拉强度则显著提升；焊缝及热影响区冲击功均有所降低，其中热影响区冲击功下降更大。

目录

声明

致谢

符号说明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 亚稳态奥氏体不锈钢S30408低温拉伸力学性能

1.3 奥氏体不锈钢深冷容器焊接

1.4 本文研究内容及技术路线

第2章 奥氏体不锈钢S30408低温屈服平台研究

2.1 未预拉伸材料低温拉伸力学性能研究

2.2 预拉伸对材料低温拉伸性能的影响

2.3 低温拉伸马氏体相变及显微组织

2.4 本章小结

第3章 热输入对组合焊接头组织及力学性能的影响

3.1 PAW+GTAW组合焊工艺试验

3.2 组合焊焊接接头形貌分析

3.3 组合焊焊接接头力学性能试验

3.4 本章小结

第4章 预拉伸对组合焊接头组织及低温力学性能的影响

4.1 试验方法说明

4.2 预拉伸焊接接头组织及变形非均匀性分析

4.3 预拉伸及低温对组合焊接头力学性能的影响

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

作者简介

在读期间科研成果

1. 发表（录用）论文

2. 专利授权