高强度船板钢焊接热影响区的组织稳定性研究

论文摘要

船体由船板钢焊接而成,服役环境恶劣,因此研究船板钢焊接热影响区的组织稳定性,对进一步优化该类钢的组织和性能具有重要意义。通过A36船板钢在不同条件下的回火试验,研究了A36钢的组织和性能稳定性；通过模拟焊接过程,并与实际焊接接头组织性能对比,研究了A36船板钢焊接热影响区组织和性能,进一步研究了焊后热处理对粗晶区组织性能的影响。通过对比A36和F40粗晶区的热模拟结果,探讨了微合金元素对焊接热影响区组织和性能的影响。主要的研究结果如下：（1）A36船板钢具有良好的组织与性能稳定性,各回火过程中组织未发生明显变化,冲击功有所降低,在600℃左右回火后硬度出现峰值。（2）在微合金钢的焊接热循环中,用800℃～500℃之间的冷却时间t8/5表示冷却速度,冷速t8/5由10s增至100s时粗晶区组织由细板条状马氏体组织逐渐向贝氏体转变。t8/5为40s时,热影响区的不完全重结晶区为细小的铁素体+珠光体+少量未奥氏体化的原始粗大铁素体组织；细晶区为细小铁素体+珠光体组织；粗晶区为上贝氏体+少量粒状贝氏体。粗晶区组织韧性最差,硬度则随冷速下降而下降。（3）对A36船板钢t8/5为40s的粗晶区试样进行正火处理后,组织由上贝氏体+少量粒贝转变为稳定的多边形铁素体+珠光体和部分针状铁素体。粗晶区回火后组织未发生明显变化,仍为贝氏体组织,与未处理试样相比韧性有所上升,硬度稍有下降,韧性和硬度的变化与组织转变密切相关。（4）正火后试样的冲击断口有明显的纤维区和剪切唇,此部分为韧性断裂,放射区部分则为准解理断裂和部分河流状纹路较小的解理断裂。回火后试样冲击断口的剪切唇和纤维区几乎不可见,绝大部分区域为穿晶脆性断裂,韧性较差,并伴有少量的二次裂纹。（5）实际焊接采用手弧焊,当线输入量为19.6kJ/cm时A36船板钢焊接接头粗晶区组织为马氏体,接头最高硬度出现在粗晶区靠近熔合线处,这说明热模拟与实际接头的组织、性能一致,表明用热模拟试验可反映实际焊接时热影响区组织和性能的变化规律。（6）相同冷速下,高铌F40钢粗晶区的板条状铁素体量少,粒状贝氏体和块状铁素体量较A36多,组织较为粗大。铌有抑制铁素体和促进贝氏体形成的作用,过量的铌还会减少TiN粒子数量,从而导致粗晶区韧性和强度下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 船板钢的的技术现状
• 1.1.1 船板钢分类
• 1.1.2 船板钢的技术要求
• 1.1.3 船板钢中存在的组织缺陷
• 1.1.4 微合金元素对船板钢组织性能的影响
• 1.2 焊接热影响区的组织和性能
• 1.2.1 不易淬火钢热影响区各特征区的特点
• 1.2.2 焊接热模拟的主要参数
• 1.2.3 微合金元素对焊接性能的影响
• 1.3 热处理对船板钢组织性能的影响
• 1.3.1 热处理对母材的影响
• 1.3.2 焊后热处理对热影响区的影响
• 1.4 研究目的和主要内容
• 1.4.1 主要研究目的
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 试验材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 船板钢回火试验
• 2.2.2 焊接热模拟试验
• 2.2.3 焊接粗晶区的热处理
• 2.2.4 实际焊接试验
• 2.3 组织性能的检测
• 2.3.1 组织观察
• 2.3.2 性能测定
• 第三章 回火后的组织与性能变化
• 3.1 原始组织观察
• 3.2 不同温度回火组织观察与性能测定
• 3.3 600℃不同时间回火组织观察与性能测定
• 3.4 本章小结
• 第四章 焊接热影响区的热模拟试验
• 4.1 A36船板钢焊接热影响区的热模拟
• 4.2 冷却速度对A36钢粗晶区组织和性能的影响
• 4.2.1 实验钢CCT曲线的测定
• 4.2.2 不冷冷却速度下粗晶区组织
• 4.2.3 不同冷速下粗晶区力学性能
• 4.3 峰值温度对焊接热影响区组织性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 焊接粗晶区的热处理及实际焊接研究
• 5.1 热处理对焊后粗晶区组织及力学性能的影响
• 5.1.1 热处理对粗晶区显微组织影响
• 5.1.2 热处理对焊后粗晶区力学性能的影响
• 5.2 实际焊接接头组织及性能研究
• 5.3 本章小结
• 第六章 元素Nb对粗晶区组织性能的影响
• 6.1 微合金元素铌对粗晶区组织性能的影响
• 6.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表