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SAF2507双相不锈钢GTAW焊接接头组织与性能研究

作　者: 杜东方
导　师: 刘洁
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: SAF2507 钨极氩弧焊 氮气 固溶处理 相比例 σ析出相
分类号: TG457.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


SAF2507双相不锈钢兼有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的特性，其优势表现为具有优越的耐蚀性，尤其是耐局部腐蚀性能，其次是具有相当于奥氏体两倍的强度和良好的韧性，且节约了稀缺资源镍，该钢种在石油化工、海洋、煤电、建筑等行业得到广泛应用。另一方面, SAF2507超级双相不锈钢能否广泛应用在一定程度上取决于其焊接接头的性能,而SAF2507双相不锈钢（DSS）焊接的最大的核心问题是如何在焊后达到所要求的高的耐腐蚀性能，对此影响最大的三个方面：一是焊接过程中氮元素的损失；二是能否使热影响区和焊缝区保持合适的铁素体（α）与奥氏体（γ）两相比例；三是防止焊接热输入和一些工艺的不合理造成的焊接接头中析出的σ相及一些碳氮化物。因此，对SAF2507超级双相不锈钢焊接技术的研究具有十分重要的意义，是SAF2507超级双相不锈钢能否广泛应用的关键。本文针对SAF2507双相不锈钢的焊接特点，采用钨极氩弧焊，应用单因素试验法，按照两种试验方案，即分别在改变不同氮气比例保护气体和焊后不同固溶处理温度两种因素下进行工艺试验，确定这两种因素对焊接接头组织，力学性能和耐腐蚀性的影响并进行分析探讨其机理。试验研究过程中，不同氮气比例保护气体下的焊接实验以获得具有最佳双相比例和良好性能的接头为出发点，通过分析氮气比例对接头组织与性能等的影响，找出最优化的弥补氮损失的工艺参数；对于焊后的固溶处理实验，以获得消除有害沉淀σ相的焊接组织和具有最佳双相比例为原则，研究不同固溶处理温度对焊接接头的金相组织、各项力学性能及耐腐蚀性能的影响。希望解决的关键问题是：焊接过程中近焊缝表面氮损失弥补的最优工艺和焊后固溶处理温度的优化，使获得的SAF2507焊接接头具有优良的力学性能，双相比例和耐腐蚀性，从而为实践的应用提供有力的技术支撑。结果表明：随着保护气体中N2含量的增加，焊缝组织中奥氏体相增多，耐点腐蚀性增强，采用Ar+2～3%N2，焊接接头中相比例，耐点腐蚀及力学性能最优，而当Ar+N2中N2含量到达5%时，焊接飞溅很大，电弧不稳，焊缝中有气孔的存在；SAF2507双相不锈钢焊接接头的最佳固溶处理工艺为在1050℃～1100℃保温1h后快速水淬，此时其焊接接头消除了σ析出相且能保持良好的相比例，优良的力学和点腐蚀性能，显著改善了其接头的组织和性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-26
  1.1 双相不锈钢的发展及应用  10-14
    1.1.1 双相不锈钢的发展  10-12
    1.1.2 双相不锈钢的应用  12-14
  1.2 双相不锈钢的焊接特点  14-16
  1.3 SAF2507 双相不锈钢的焊接  16-22
    1.3.1 SAF2507 双相不锈钢的组织及力学性能  16-17
    1.3.2 SAF2507 双相不锈钢的耐腐蚀性  17-18
    1.3.3 SAF2507 双相不锈钢的应用  18-19
    1.3.4 SAF2507 双相不锈钢的焊接特点  19-20
    1.3.5 SAF2507 双相不锈钢中的氮损失  20-22
  1.4 课题研究的背景及意义  22-24
  1.5 课题研究的主要内容及技术路线  24-26
第二章 SAF2507 双相不锈钢焊接工艺试验  26-36
  2.1 试验材料  26
  2.2 试验过程  26-30
    2.2.1 焊接方法  26
    2.2.2 填充焊丝  26-27
    2.2.3 焊接坡口形式  27
    2.2.4 焊接热输入的选择  27-28
    2.2.5 焊接层间温度的选择  28
    2.2.6 实验工艺参数  28-29
    2.2.7 固溶处理  29-30
  2.3 焊后接头实验  30-36
    2.3.1 金相组织观察  30-31
    2.3.2 相比例计算  31
    2.3.3 扫描电镜分析  31-32
    2.3.4 能谱分析  32
    2.3.5 XRD 检测  32
    2.3.6 显微硬度实验  32-33
    2.3.7 夏口缺口冲击实验  33
    2.3.8 点腐蚀实验  33-36
第三章 不同氮气比例保护气体对 SAF2507 双相不锈钢焊接接头组织与性能的影响  36-52
  3.1 不同氮气比例对焊接飞溅和气孔的影响  36-38
    3.1.1 不同氮气比例对焊接飞溅的影响  36-37
    3.1.2 不同氮气比例对焊接气孔的影响  37-38
  3.2 不同氮气比例对焊接接头组织的影响  38-43
    3.2.1 不同氮气比例焊接接头金相组织观察与相比例分析  38-41
    3.2.2 不同氮气比例焊接接头扫描电镜观察及 XRD 分析  41-43
  3.3 不同氮气比例对焊接接头力学性能的影响及断口形貌分析  43-47
    3.3.1 不同氮气比例焊接接头冲击性能测试结果及断口形貌分析  43-45
    3.3.2 不同氮气比例焊接接头显微硬度测试结果及分析  45-47
  3.4 不同氮气比例对焊接接头点腐蚀性能的影响  47-49
    3.4.1 点蚀形成机理  47-48
    3.4.2 不同氮气比例焊接接头点蚀实验结果及分析  48-49
  3.5 本章小结  49-52
第四章 固溶处理对 SAF2507 双相不锈钢焊接接头组织与性能的影响  52-66
  4.1 SAF2507 双相不锈钢中σ相的析出机制及其析出动力学  52-54
    4.1.1 固溶处理下σ相的的析出机制  52-53
    4.1.2 固溶处理下σ相的的析出动力学  53-54
  4.2 固溶处理温度对焊接接头组织及相比例的影响  54-60
    4.2.1 固溶处理温度对焊接接头组织的影响  54-58
    4.2.2 固溶处理温度对焊接接头相比例的影响  58-60
  4.3 固溶处理温度对焊接接头硬度性能的影响  60-62
  4.4 固溶处理温度对焊接接头点耐腐蚀性能的影响  62-63
  4.5 本章小结  63-66
第五章 结论  66-68
参考文献  68-74
致谢  74-76
攻读硕士学位期间发表的相关学术论文  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 各种金属材料和构件的焊接 > 金属材料的焊接 > 钢
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