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铸造低碳马氏体不锈钢ZG00Cr13Ni5Mo模拟焊接热影响区组织与性能研究

孙霞  
【摘要】:铸造低碳马氏体不锈钢具有良好的淬透性、优良的室温和低温力学性能、腐蚀疲劳强度和动静态断裂韧性,优良的服役性能,如抗空蚀、抗磨损性能等,是目前国内外大中型水轮机转轮广泛应用的材料。随着水轮机向大型化、高效率方向的发展,材料焊接区组织和性能的不均匀性导致的疲劳破坏越来越突显出来。研究焊接热影响区的组织和性能变化规律,对于延长水轮机的服役期限,提高水电站的发电效率都具有重要意义。 本研究以ZG00Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢为基础,通过热模拟试验测定了材料的焊接热影响区连续冷却转变图(SH-CCT);通过适当热处理进行了材料热影响区的组织模拟,观察和分析了材料的微观结构特征,测定了材料焊接热影响区的力学性能和疲劳性能,分析了微观组织和合金成分对热影响区性能的影响。取得的结论如下: 1.ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢模拟焊接热影响区的室温组织为板条马氏体+δ铁素体,马氏体板条内含有高密度位错,位错相互缠结形成胞状结构。δ铁素体的含量随着焊接时热影响区冷却速度的提高而增加,焊接过程中一旦出现δ铁素体,将无法通过热处理过程消除,因此要适当控制焊接热影响区的冷却速度,减少δ铁素体的生成量。ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢中含有少量的奥氏体,奥氏体呈薄膜状分布在马氏体板条片层之间,奥氏体的含量很少,约为0.6%。 2.从ZG00Cr13Ni5Mo铸造马氏体不锈钢的模拟焊接热影响区连续冷却转变图中可以看出,焊接热影响区的冷却速度对ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢马氏体相变的开始点Ms的影响不大,ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢的Ms点在255℃附近小幅变化,在13-4钢的Ms范围内。 3. ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢模拟焊接热影响区的强度、冲击韧性和塑性均较焊前状态低,且模拟焊后冷却速度越快,强度、冲击韧性和塑性越低。因此,焊接后要合理控制热影响区的冷却速度。采用480℃×2h焊后回火处理,热影响区的各项力学性能均有显著提高,且模拟焊接后的冷却速度越快,性能提高的幅度越大。 4.焊后回火态ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢在模拟长江水中的σ-1较焊前状态有所降低,且随着模拟焊接后冷却速度的提高,σ-1的降幅逐渐增大。因此在焊接时适当地降低热影响区的冷却速度,可以使焊接热影响区获得更优的抗疲劳裂纹萌生能力。 5.在ZG00Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢中,可以通过降低铁素体形成元素硅的含量和适当提高镍、铬当量比w(Nieq)/w(Creq),避免或减少出现δ铁素体,提高钢的强度。在冶炼工艺中采用AOD精炼技术,降低ZG00Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢中氮、磷、硫等元素的含量,并且在焊后采用480℃×2h回火处理,可以极大地提高焊后热影响区的韧塑性。


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