风机叶轮用不锈钢低温性能研究及匹配焊材的研制思路

论文摘要

随着我国工业化进程的快速发展,风机被广泛应用于国民生产生活,医药、造纸、纺织、化纤、玻璃、煤矿、粮食、建筑行业、烟草、军工、酿酒、钢铁、发电、水泥、石化和污水处理等重要工业领域。对风机来说,叶轮是风机的关键部件,它的质量直接影响风机的使用环境和使用寿命。为扩大风机的应用领域,特别是低温工况下的应用。提高风机的整体质量及其使用寿命,并拓宽现有材料的应用范围,本文将对三种风机叶轮用高强度等级马氏体不锈钢（FV520（B）、0Cr13Ni5Mo、X21CrMoV121）母材和焊接接头的性能进行研究。本文通过热处理工艺试验,研究三种母材不同热处理工艺下的力学性能,特别是低温下的性能。进行金相组织观察,冲击断口分析,X射线衍射试验,硬度测试等,研究热处理工艺对材料组织和性能的影响。通过对比三种母材的综合性能,选出低温性能满足使用要求的一种母材及相应的热处理工艺,然后研究焊接接头的性能。应用常用焊接材料进行焊接试验,结果显示现有焊接材料的韧性不足。针对低温环境应用现状,提出新型匹配焊接材料的研究思路。通过对三种母材的热处理性能研究,可以得出以下结论：（1）0Cr13Ni5Mo钢1000℃淬火保温30min后空冷,620℃一次回火保温2h,然后600℃二次回火保温2h工艺,综合性能较好；（2）FV520（B）钢在不同温度下时效,1050℃固溶保温1h后进行850℃保温2h后油淬,再进行600℃时效,保温3h后空冷工艺下,材料的综合性能较好,特别是低温韧性。此种工艺下材料的残余奥氏体含量也较高；（3）X21CrMoV121钢在不同的温度下回火,1050℃淬火,保温1h后油冷处理,720℃回火保温2h后空冷处理下的低温韧性较好。对FV520（B）钢的焊接试验可知：焊后整体热处理工艺（ATH）所得到的性能优于焊前热处理+焊后处理工艺（TH）的性能；匹配焊接材料的研制思路,主要以提高焊缝的韧性为出发点,通过加入提高韧性的合金元素Ni、Mn、Mo等,并加入Ti、B、Re微量合金元素,净化晶界、细化晶粒,在不降低接头强度的同时提高熔敷金属的低温韧性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1
• 1.1.1 离心风机的发展现状
• 1.1.2 离心风机发展趋势
• 1.1.3 离心风机低温应用现状
• 1.2 风机叶轮材料
• 1.3 低温工况下风机叶轮材料的性能要求
• 1.4 不锈钢
• 1.4.1 不锈钢概述
• 1.4.2 不锈钢的分类
• 1.5 马氏体型不锈钢
• 1.5.1 马氏体不锈钢组织与性能
• 1.5.2 马氏体不锈钢的热处理
• 1.5.3 马氏体不锈钢的焊接方法
• 1.5.4 马氏体不锈钢的焊接材料
• 1.5.5 马氏体不锈钢的焊接工艺要点
• 1.6 试验用马氏体不锈钢
• 1.6.1 0Cr13Ni5Mo钢简述
• 1.6.2 FV520（B）钢简述
• 1.6.3 X21CrMoV121钢简述
• 1.7 目前存在的问题
• 1.8 研究内容及技术路线
• 2 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 热处理试验设备
• 2.3 母材拉伸性能试验
• 2.4 冲击韧性试验
• 2.5 硬度试验
• 2.6 焊接接头拉伸试验
• 2.7 显微组织分析
• 2.8 X-ray衍射分析（XRD）
• 2.9 小结
• 3 0Cr13Ni5Mo热处理工艺及组织性能分析
• 3.1 母材热处理工艺
• 3.2 母材显微组织分析
• 3.3 母材拉伸性能
• 3.4 母材冲击性能
• 3.5 母材硬度测试
• 3.6 残余奥氏体的测定
• 3.7 回火温度对组织与性能的影响
• 3.8 小结
• 4 FV520（B）钢热处理工艺及组织性能分析
• 4.1 母材热处理工艺
• 4.2 母材显微组织
• 4.3 母材拉伸性能
• 4.4 母材冲击性能
• 4.5 母材硬度测试
• 4.6 母材冲击断口形貌分析
• 4.7 残余奥氏体的测定
• 4.8 小结
• 5 X21CrMoV121钢热处理工艺及组织性能分析
• 5.1 母材热处理工艺
• 5.2 母材显微组织
• 5.3 母材拉伸性能
• 5.4 母材冲击性能
• 5.5 母材硬度测试
• 5.6 母材组织与性能分析
• 5.7 小结
• 6 焊接接头性能研究及匹配焊材研制思路
• 6.1 试验材料和试验方法
• 6.1.1 试验材料及焊接工序
• 6.1.2 焊接材料及焊接工艺
• 6.2 焊接接头组织分析
• 6.3 焊接接头性能
• 6.4 匹配焊接材料研制思路
• 6.4.1 焊缝组织选择
• 6.4.2 焊条合金体系的选择
• 6.4.3 合金元素对焊缝组织和性能的影响
• 6.4.4 FV520（B）不锈钢焊缝合金系的确定
• 6.4.5 FV520（B）钢焊芯成分设计
• 6.5 焊条药皮成分设计
• 6.5.1 焊条性能的影响因素
• 6.5.2 药皮渣系的确定
• 6.5.3 焊条药皮配方设计
• 6.6 小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在硕士论文期间撰写和发表的论文及成果