氧、氮含量对高屈强比马氏体不锈钢组织和性能的影响

论文摘要

水轮机转轮材料经历了几十年的发展,其综合性能有了很大幅度的提高,但随着水轮机组向大型化发展,对转轮材料的性能提出了更高的要求,高屈强比材料就是为了适应这种需求而发展起来的。高屈强比马氏体不锈钢SRIF-2属于新型的水轮机转轮材料,是以普通水轮机用钢ZGOCr13Ni4Mo为基础,合理设计成分,采用特殊的热处理工艺,获得了较高强度和硬度的同时,并不降低塑韧性,且具有优良的抗疲劳和耐空蚀性能。但SRIF-2马氏体不锈钢焊接接头的冲击性能与母材相比还不够理想,表现出高强度低韧性的特点,这对于SRIF-2马氏体不锈钢材料的工程应用非常不利。因此,有必要进一步研究提高SRIF-2马氏体不锈钢焊接接头韧性的方法。焊接接头的纯净度是影响其冲击性能的一个重要方面,而SRIF-2马氏体不锈钢母材的纯净度是影响焊接接头纯净度的重要因素。因此,深入研究氧、氮含量对SRIF-2马氏体不锈钢组织和性能的影响具有重要意义。本文首次系统地研究了氧、氮含量对SRIF-2马氏体不锈钢组织和性能的影响,得出了氧、氮含量对SRIF-2材料组织和力学性能的影响规律。并利用高温热处理炉对SRIF-2材料的焊接热影响区进行了模拟,研究了氧、氮含量对SRIF-2马氏体不锈钢焊接热影响区组织和性能的影响。主要的研究结论和创新点有:SRIF-2马氏体不锈钢的室温组织主要由板条马氏体组成,含有少量的δ铁素体,随着氧、氮含量的增加,组织中的δ铁素体含量增多。而且值得注意的是,δ铁素体一旦形成,无法通过热处理过程消除。氧、氮含量对SRIF-2马氏体不锈钢的强度影响不明显,但对冲击韧性有显著影响,随着氧、氮含量的增加,试验材料的冲击韧性明显降低。利用多元线性回归方程分析得出,氮含量对SRIF-2材料的冲击韧性的影响更显著。制定出了SRIF-2材料焊接热影响区CCT图。分析得出,SRIF-2试验材料焊接热影响区室温下的组织基本为马氏体组织,且马氏体相变的开始点Ms及试验材料的硬度基本不受冷却速度的影响。氧、氮含量对SRIF-2焊接热影响区的冲击性能有显著的影响,随着氧、氮含量的增加,模拟焊态和焊后回火态的冲击韧性均显著降低。其中,模拟焊态的冲击韧性较焊前状态明显下降,经480℃焊后回火,冲击韧性有所提高,基本接近于焊前状态的韧性水平。不同氧、氮含量对三种状态下的冲击韧性的影响规律相似。因此,降低SRIF-2母材的氧、氮含量是提高SRIF-2焊接热影响区冲击韧性的前提条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 水轮机转轮材料的发展现状
• 1.1.1 水轮机转轮材料的发展历程
• 1.1.2 高屈强比马氏体不锈钢材料的发展概况
• 1.2 水轮机转轮材料的焊接技术现状
• 1.2.1 水轮机转轮的焊接方法
• 1.2.2 水轮机转轮的焊接材料
• 1.2.3 水轮机转轮的焊接工艺
• 1.3 焊接热影响区及焊接热模拟
• 1.3.1 焊接热影响区的组织分布
• 1.3.2 焊接热模拟
• 1.4 钢中气体夹杂对性能的危害
• 1.4.1 氢对钢性能的危害
• 1.4.2 氮对钢性能的影响
• 1.4.3 氧对钢性能的影响
• 1.5 课题的研究意义及主要研究内容
• 第二章 试验材料及实验方法
• 2.1 试验材料的熔炼和热处理
• 2.1.1 试验材料的化学成分控制
• 2.1.2 试验材料的熔炼和成形
• 2.1.3 试验材料的热处理
• 2.2 试验材料的成分和性能测试
• 2.2.1 试验材料的化学成分测试
• 2.2.2 试验材料的氮、氢、氧含量测试
• 2.2.3 试验材料的显微组织及冲击断口分析
• 2.2.4 试验材料中的夹杂物分析
• 2.2.5 试验材料的力学性能测试
• 第三章 氧、氮含量对高屈强比马氏体不锈钢性能的影响
• 3.1 氮含量对高屈强比马氏体不锈钢组织和性能影响的试验研究
• 3.1.1 试验设计及测试结果
• 3.1.2 氮含量对SRIF-2马氏体不锈钢显微组织的影响
• 3.1.3 氮含量对SRIF-2马氏体不锈钢力学性能的影响
• 3.2 氧含量对高屈强比马氏体不锈钢组织和性能影响的试验研究
• 3.2.1 试验设计及测试结果
• 3.2.2 氧含量对SRIF-2马氏体不锈钢显微组织的影响
• 3.2.3 氧含量对SRIF-2马氏体不锈钢力学性能的影响
• 3.3 氧、氮含量对SRIF-2马氏体不锈钢性能的综合作用
• 3.3.1 试验结果与分析
• 3.3.2 氮、氧含量对SRIF-2马氏体不锈钢力学性能的影响
• 3.3.3 氮、氧含量对SRIF-2马氏体不锈钢显微组织的影响
• 3.3.4 氮、氧含量对SRIF-2马氏体不锈钢冲击韧性的回归分析
• 3.4 SRIF-2试验材料中的夹杂物分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 氧、氮含量对SRIF-2焊接热影响区性能的影响
• 4.1 SRIF-2马氏体不锈钢模拟焊接热影响区CCT图
• 4.2 氧、氮含量对SRIF-2模拟焊接热影响区组织和性能的影响
• 4.2.1 SRIF-2模拟焊接热影响区试验方法
• 4.2.2 氧、氮含量对试验材料模拟焊接热影响区组织的影响
• 4.2.3 氧、氮含量对试验材料模拟焊接热影响区冲击性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢