稀土Ce对大热输入埋弧焊焊缝金属显微组织与性能的影响

论文摘要

埋弧焊由于其高效经济的特点而成为船舶制造中应用最广泛的焊接方法之一。实践表明,当焊接热输入达到50 kJ/cm以上时,低合金高强钢焊接接头由于在高温停留的时间增加,导致焊缝金属晶粒粗大,韧性降低。因此研究如何控制埋弧焊大热输入下焊缝晶粒长大,提高焊缝金属韧性有重要的实际意义。本文研制了一种适宜大热输入焊接的含稀土氧化铈（CeO2）的碱性烧结焊剂,并对稀土Ce细化焊缝金属晶粒,提高焊缝金属韧性的作用进行了系统的研究。夏比冲击试验表明,加入稀土Ce的焊缝金属冲击功均明显高于未加稀土的焊缝金属冲击功,加入稀土Ce2%的焊缝金属的冲击功最高,比未加稀土的冲击功提高了57%;加入稀土Ce4%的焊缝金属冲击功比加入2%的下降了26%。说明稀土的加入要适量,最佳加入量在2%左右。焊缝金属金相试验表明,稀土Ce对焊缝金属显微组织有显著影响。焊缝组织主要由先共析铁素体、珠光体和针状体素体组成。未加稀土的焊缝组织主要为大块的先共析铁素体,珠光体和少量的针状铁素体组成,晶粒粗大。加入2%稀土Ce时焊缝中存在大量针状铁素体,晶粒最细,说明稀土Ce的加入抑制先共析铁素体的生长,增加焊缝金属针状铁素体的含量,细化了晶粒。但随着稀土Ce含量的提高,先共析铁素体含量逐渐增加,针状铁素体的含量下降,并在稀土Ce含量为8%时开始出现了侧板条铁素体,说明稀土加入量增大,得不到细小的组织。采用环境扫描电镜和透射电镜对焊缝金属中的夹杂物进行了分析。试验结果表明稀土Ce对焊缝中夹杂物的形状、大小等有明显的影响,稀土Ce使夹杂物球化、细化。焊缝中的夹杂物多呈圆球状或椭球状,夹杂物的尺寸只有极少数大于1μm,绝大部分夹杂物尺寸在0.2μm1μm的有益夹杂范围内。针状铁素体在这些有益夹杂物上形核、生长。同时有些针状铁素体上又长出了新的针状铁素体,称之为二次针状铁素体。二次针状铁素体的形核、长大,进一步细化了原晶粒,提高了焊缝金属的韧性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外埋弧焊焊剂的生产应用现状
• 1.3 焊缝金属晶粒细化的研究现状
• 1.4 稀土元素的作用
• 1.5 本课题的研究目的及内容
• 2 试验材料及方法
• 2.1 含稀土CE 的烧结焊剂的渣系与碱度的选择
• 2.2 含稀土CE 的烧结焊剂的材料选择及试验方法
• 2.3 试验中的焊接材料及焊接规范
• 2.4 焊缝金属性能检测试验
• 3 含稀土 CE 的焊剂工艺性能和焊接接头性能分析
• 3.1 焊剂的工艺性能
• 3.2 焊缝金属力学性能试验
• 3.3 本章小结
• 4 稀土过渡性及焊缝中针状体素体
• 4.1 稀土过渡特性分析
• 4.2 焊缝金相显微组织
• 4.3 稀土对焊缝金属中夹杂物作用分析
• 4.4 针状铁素体形核机理分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文