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铜沉淀强化钢焊接热影响区韧脆转变行为研究

作　者: 张成杰
导　师: 荆洪阳
学　校: 天津大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铜沉淀强化钢焊接热输入 HAZ M-A组元低温韧性
分类号: TG161
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

铜沉淀强化钢是一种高强度、高韧性、易焊接的船体钢(Rp0.2≥550MPa,文中简称550钢),与传统的调质态高强钢不同,其碳含量较低,在0.06%以下,铜含量超过1%。该钢主要利用时效过程中ε-Cu的沉淀强化来弥补降碳带来的强度损失,通过铜沉淀时效强化的方式改变了传统的碳固溶强化的模式,降低了钢材本身的碳含量和碳当量,使焊接性得到了极大的改善。铜沉淀强化钢在高焊接热输入作用下焊接热影响区(HAZ)的Cu重新溶解,导致HAZ性能发生变化,本文针对该钢在不同热输入条件下的HAZ性能变化的趋势及原因进行了研究。本文通过热模拟方法,研究了热输入对铜沉淀强化钢模拟HAZ粗晶区以及不完全重结晶区性能的影响,并重点分析了粗晶区的韧性与组织之间的关系。结果表明随热输入的增大,在铁素体板条间出现M-A组元,导致铜沉淀强化钢粗晶区低温韧性下降。为了在大热输入条件下获得较为平直的热影响区,本文试验中采用“Ⅱ”型坡口形式进行试板焊接,分别采用示波冲击和落锤撕裂两种试验对实际HAZ的韧脆转变行为进行研究。结果表明随着热输入的增加,HAZ的低温韧性有所下降,但在焊接热输入达到50KJ/cm时,-40℃温度条件下仍然具有较高的冲击功,能够满足使用要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-21
  1.1 船舶结构用钢的发展趋势及特点  7-10
    1.1.1 船舶结构用钢的断裂安全需求  7
    1.1.2 传统高强度船体结构用钢  7-9
    1.1.3 新型高强度船舶结构用钢  9-10
  1.2 美国HLSA-80钢的研究状况  10-14
    1.2.1 HSLA-80钢的成分特点  11-12
    1.2.2 HSLA-80钢的组织特点  12
    1.2.3 HSLA-80钢的焊接性  12-14
  1.3 我国550钢的研究状况  14-19
    1.3.1 550钢的设计指标  14-15
    1.3.2 550钢成分、组织与性能  15-16
    1.3.3 550钢的低温韧性  16-17
    1.3.4 Cu的时效对550钢性能的影响  17-19
    1.3.5 550钢的焊接性  19
  1.4 本课题研究意义、目的及主要内容  19-21
第二章模拟焊接热影响区的组织与性能  21-33
  2.1 热模拟试样的制备  21-22
    2.1.1 试验材料  21
    2.1.2 试验方法  21-22
  2.2 热循环参数确定  22
  2.3 试验及设备  22-23
  2.4 试验结果  23-26
    2.4.1 强度及硬度试验结果  23-24
    2.4.2 冲击试验结果  24-26
  2.5 模拟焊接热影响区的组织  26-31
    2.5.1 光学显微组织  27-28
    2.5.2 透射电镜分析  28-31
  2.6 本章小结  31-33
第三章实际焊接热影响区的韧性  33-48
  3.1 试验用材料  33-34
    3.1.1 试验用钢板  33
    3.1.2 试验用焊丝和焊剂  33-34
  3.2 缺口韧性试样制取方法  34-36
  3.3 示波冲击试验  36-41
    3.3.1 材料及试验方法  36-37
    3.3.2 载荷－位移曲线  37-38
    3.3.3 试验结果  38-41
  3.4 落锤撕裂试验  41-47
    3.4.1 材料及试验方法  41-42
    3.4.2 载荷－位移曲线  42-43
    3.4.3 落锤撕裂试验结果  43-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章结果讨论与分析  48-53
  4.1 550钢的低温韧性  48-49
  4.2 焊接热影响区的强度和硬度  49
  4.3 模拟焊接热影响区的韧性  49-50
  4.4 实际焊接热影响区的韧性  50-53
    4.4.1 示波冲击试验  50-52
    4.4.2 落锤撕裂试验  52-53
第五章结论  53-54
参考文献  54-56
攻读硕士期间发表论文情况说明  56-57
附录  57-63
致谢  63

铜沉淀强化钢焊接热影响区韧脆转变行为研究

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