T91/P91耐热钢专用焊条的研制

论文摘要

随着我国电力事业的快速发展,高参数、大容量的火电机组不断涌现,T91/P91马氏体耐热钢因其优良的性能而得到日益广泛的应用。然而,国产T91/P91钢焊条,与工业发达国家的产品相比,焊条工艺性较差,而且焊缝显微组织和力学性能也不稳定。目前T91/P91钢焊接材料仍几乎全部依赖进口,因此开发高性能的焊条,可以降低制造成本。本文为研制T91/P91钢专用焊条进行了一系列的试验,通过正交试验研究并分析了焊条药皮中大理石、萤石、石英等主要成分对焊条工艺性的影响,确定了最优的大理石、萤石和石英配比,并在此基础上对焊条药皮其他成分进行了微调整,使T91/P91钢专用焊条具有优良的焊条工艺性。在焊条工艺性最优的配方基础上添加微量稀土,研究了稀土元素对焊条熔敷金属中非金属夹杂物形态、大小和分布的影响,及对晶粒细化的促进作用,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对焊条熔敷金属进行了组织结构表征,用维氏硬度计、拉伸试验机和冲击试验机测试了焊条熔敷金属的力学性能。结果表明：在试验范围内,大理石含量对焊接飞溅、脱渣性能及焊缝成形影响较大,萤石含量对焊接飞溅影响较大,石英含量对焊缝成形影响较大,优化焊条焊接飞溅较小、脱渣容易、焊缝成形美观。在优化焊条基础上加入稀土,随焊条药皮中稀土合金加入量的增加,熔敷金属的晶粒大小有减少的趋势,试验范围内药皮中稀土合金为2.0%时,晶粒最细小,而稀土加入量对熔敷金属硬度影响不大。熔敷金属中夹杂物数量和颗粒直径随稀土含量的增加呈减少趋势,当药皮中稀土合金含量约2.0%时夹杂物以氧化铝夹杂为主,颗粒最小,均匀弥散分布。经高温回火后,熔敷金属为回火马氏体组织,光镜下观察到原来的马氏体板条束位向不再明显,药皮中稀土合金为2.0%的55#焊条熔敷金属,经XRD和SEM验证为回火马氏体组织,细小的铬的碳化物颗粒弥散分布在马氏体内部,而在马氏体板条界面处稍有集中。在所有试验中,55#焊条工艺性优良,电弧稳定、飞溅细小、成形美观、自动脱渣；熔敷金属晶粒最为细小,以氧化铝为主的夹杂物弥散分布、尺寸最小；高温回火后为回火马氏体组织,细小的铬的碳化物主要弥散分布在马氏体内部；硬度值在合理范围之内,拉伸和冲击试验结果显示力学性能符合欧洲标准,性能合格。55#焊条为试验研究的最优配方焊条。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 T91/P91钢的发展现状及应用
• 1.2.1 合金元素对T91/P91钢和焊缝的组织及性能的影响
• 1.2.2. T91/P91钢的焊接性研究现状
• 1.2.3 T91/P91钢的焊接工艺研究现状
• 1.3 国内外T91/P91钢焊接材料的研究和应用
• 1.4 课题研究的内容、难点及意义
• 1.4.1 课题的提出和研究意义
• 1.4.2 课题研究的内容及目标
• 1.4.3 课题研究的创新点和难点
• 第二章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 主要试验设备及仪器
• 2.2.1 TL-25型单缸油压式涂粉机
• 2.2.2 ZYH-30型自控远红外烘干炉
• 2.2.3 ZX5-400可控硅整流焊机
• 2.2.4 硅碳棒加热回火炉
• 2.2.5 DK7732数控制线切割机床
• 2.2.6 HX-1000TM/LCD显微硬度计
• 2.2.7 OLYMPUS BH-2金相显微镜
• 2.2.8 XD-3自动X射线衍射仪
• 2.2.9 JSM-6700F扫扫描电镜和INCA-ENERGY能谱议
• 2.2.10 SHT4605型万能试验机、JB-30型摆锤式冲击实验机
• 2.3 试样的制备
• 2.3.1 金相试样
• 2.3.2 硬度试样
• 2.3.3 XRD试样
• 2.3.4 扫描和能谱试样
• 2.3.5 力学性能试样
• 第三章 T91/P91焊条的设计
• 3.1 合金过渡方式的选择
• 3.2 焊条药皮配方的设计
• 3.2.1 焊条工艺性能优化设计
• 3.2.2 合金成分微调整
• 3.3 本章小节
• 第四章 焊缝组织和性能的研究
• 4.1 稀土元素对焊缝夹杂的影响
• 4.2 稀土元素对焊缝晶粒度的影响
• 4.3 焊缝熔敷金属的硬度测试
• 4.4 焊缝熔敷金属的显微组织
• 4.4.1 熔敷金属的金相组织
• 4.4.2 55#焊条熔敷金属的XRD分析
• 4.4.3 55#焊条熔敷金属的SEM及能谱分析
• 4.4.4 55#焊条熔敷金属力学性能
• 4.5 本章小节
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历