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马氏体不锈钢硬面药芯焊丝堆焊层金属碳氮微合金化研究

王宁  
【摘要】: 本文主要研究了微合金元素对马氏体不锈钢硬面药芯焊丝堆焊层金属性能及组织的影响,对自行配方制作的三种不同成分的马氏体不锈钢硬面药芯焊丝的堆焊层金属显微组织、硬度及耐磨性能进行了较全面的研究;探讨了不同焊后热处理温度下堆焊层金属的硬度变化与第二相质点的析出机理;获得了堆焊层金属中的碳、氮化物最佳弥散析出所对应的焊后热处理温度区间,通过试验分析第二相质点的形成,阐述了微合金元素及一定氮含量的存在对堆焊层金属组织性能的影响。 研究结果表明微合金元素V、Ti、Nb的加入使得堆焊层金属的晶粒得以细化,同时微合金元素与碳、氮形成的细小弥散的氮化物、碳化物或碳氮化物起到了沉淀强化的作用,减少了焊接熔池中的自由氮,有利于减少氮气孔的形成,提高堆焊层金属的性能。焊后热处理均能降低堆焊层金属磨损质量损失,提高耐磨性能:含1%CrN的马氏体不锈钢硬面药芯焊丝SDY520堆焊层金属,有弥散的碳氮化物质点析出,使耐磨性能明显增加,只含一定量的氮元素而无微合金元素的马氏体不锈钢硬面药芯焊丝OHY414无明显的弥散强化现象,且耐磨性相对较差。只含有一定量的V,不含氮元素的合金钢型马氏体硬面药芯焊丝SDY201堆焊层金属的耐磨失重最大,且热处理后硬度变化不明显。 通过对药芯焊丝OHY414、SDY201的对比试验,在450℃~650℃的范围内施行焊后热处理后得知:不含CrN的SDY520硬面药芯焊丝堆焊层金属在600℃附近时出现硬度峰,耐磨失重接近最低值;1%CrN的SDY520硬面药芯焊丝堆焊层金属在650℃附近时出现硬度峰,耐磨失重达最低值,得到最好强韧性结合的堆焊层金属。2%CrN的SDY520硬面药芯焊丝堆焊层金属易出现气孔,但仍有很高的硬度值;SDY201硬面药芯焊丝堆焊层金属在550℃附近出现硬度峰,同时耐磨失重达最低值;OHY414硬面药芯焊丝堆焊层金属无硬度峰出现,耐磨失重随焊后热处理温度变化不明显。 显微组织分析表明,对于一定微合金元素及碳、氮含量的马氏体不锈钢型硬面药芯焊丝,弥散强化及细化晶粒的作用程度受焊后热处理温度的影响,存在临界温度Tc使堆焊层组织达到最佳的性能。若焊后热处理的温度在临界温度以下,则易形成的第二相氮化物、碳化物或碳氮化物质点可以有效阻止晶粒长大,使堆焊层金属的晶粒细小,起到提高硬度和耐磨性的作用。焊后热处理的临界温度就是晶粒粗化温度。 由此得出结论:微合金元素与氮的合理匹配能充分发挥堆焊层金属中氮及微合金元素的作用,并大大提高硬面药芯焊丝堆焊层金属的耐磨性能。


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