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Hastelloy C-276合金焊接工艺及接头强韧化研究

肖建平  
【摘要】:Hastelloy C-276合金是哈氏合金中的代表性材料,被认为是万能的抗腐蚀镍-铬-钼锻造合金,广泛应用于耐蚀、耐热的石油化工、核电等领域。为保证Hastelloy C-276合金焊接接头质量满足设备安全要求,本文研究了焊接工艺参数对接头组织和性能的影响,采用物理模拟方法模拟焊接热循环过程,分析了不同加热温度对接头组织、性能及耐腐蚀性的影响规律,从而找到焊接接头的薄弱区域,并采用不同的强韧化处理工艺,获得了改善焊接接头组织和性能的有效方法。对不同焊接工艺下Hastelloy C-276合金板材焊接接头的组织和性能进行研究,结果表明,焊接线能量对焊接接头力学性能及显微组织影响有显著影响。焊接电流值在85-95A之间,随着焊接线能量的增加,晶粒尺寸增大,焊缝成分偏析倾向增强。焊接接头与母材相比其综合性能显著下降,拉伸断裂发生在焊接热影响区,热影响区是焊接接头性能薄弱区域。通过将Hastelloy C-276合金加热至不同的温度后进行空冷或喷水冷,物理模拟焊接热影响区中不同区域的热循环过程,获得了空冷和喷水冷条件下不同加热峰值温度对Hastelloy C-276合金组织及性能影响的规律。试验结果表明:在空冷条件下,低温段组织形态变化不大,高温段为单相奥氏体组织;抗拉强度和屈服强度随物理模拟峰值温度升高而下降,在900℃时抗拉强度和屈服强度出现775.82MPa、402.94MPa最低值。塑性和硬度与母材相比没有大的变化,拉伸断口均为韧性断口;物理模拟峰值温度为1050℃时耐腐蚀性最差。在喷水冷条件下,组织晶粒随温度的升高而严重长大;屈服强度和抗拉强度高于空冷条件下的屈服强度和抗拉强度,延伸率和断面收缩率整体上均高于母材,但在物理模拟峰值温度900℃时,塑性表现最差。硬度与母材相比增大且在为1050℃时出现最大值425HV。拉伸断口的韧窝较小较浅;经历相同物理模拟峰值温度其耐腐蚀性高于空冷条件的耐腐蚀性。为找到改善焊接接头组织和性能的有效方法,对试样加热至不同峰值温度后分别采用喷水冷却、液氮深冷和表面旋压三种不同的强韧化处理方法,通过性能检测、金相组织分析、断口形貌分析及耐腐蚀性分析研究不同的强韧化处理工艺对焊接接头性能的影响。结果表明:经喷水冷和液氮深冷处理后,材料的抗拉强度均有提高。当加热温度为1050℃时,喷水冷后材料塑性下降最大。当加热峰值温度高于900℃,液氮深冷处理后材料塑性提升明显,而在较低的加热峰值温度时,材料塑性没有提升;经表面旋压处理后材料抗拉强度提高了100-210MPa,而材料仍维持良好塑性。三种强韧化工艺都会使材料的耐腐蚀性提高,其中表面旋压后的材料耐腐蚀性提高得最大。通过力学性能和耐腐蚀性分析可以得出,表面旋压处理是这三种强韧化处理工艺中的最佳方法。本文为Hastelloy C-276合金在工程实践应用中,提出了合理的焊接工艺参数,指明了焊接接头的薄弱环节,找到了改善Hastelloy C-276合金焊接接头有效的强韧化处理工艺,对保证设备安全有非常现实的指导意义。


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