压力容器用钢氧化物冶金技术研究

论文摘要

随着压力容器工业的发展及大线能量焊接技术的不断应用,对压力容器用钢提出了更高的要求,在具有高强度、高韧性的同时保证良好的焊接性。在大线能量焊接条件下,钢板的焊接热影响区（HAZ）出现晶粒粗化、易产生焊接裂纹等问题,严重恶化HAZ的韧性,成为制约钢板应用大线能量焊接技术的关键因素。氧化物冶金技术利用钢中细小的夹杂物粒子,抑制奥氏体粗化,促进晶内针状铁素体的形核,从而改善焊接热影响区的组织,是目前有效提高钢板焊接热影响区韧性的关键技术。本文针对压力容器用钢,利用氧化物冶金的思想,采用Ti、Zr、Mg、B等合金元素进行复合脱氧,利用真空感应炉制备了六炉实验钢。通过优化研究脱氧工艺对钢中夹杂物、析出相、钢的组织、力学性能及焊接性能的影响规律,确定了工业试验方案,开展了工业试验,并对工业试验钢的力学性能及焊接性能进行了研究。论文获得的主要结论如下：（1）B元素对夹杂物的平均直径及分布有较大影响,B的加入可以降低钢中夹杂物的平均直径,提高单位面积夹杂物的个数。Ti-Zr-Mg和Ti-Zr-Mg-B脱氧工艺相比,夹杂物的平均直径由0.85μm降到0.69μm,单位面积夹杂物的个数由2878个/mm2提高到7914个/mm2。（2）计算分析表明,实验钢中的主要析出相有MnS、Ti（CN）、Nb（CN）、BN、MC、 M7C3等。随着实验钢中C质量分数的增加,奥氏体相区间增大,奥氏体向铁素体转变温度降低,MnS、Ti（CN）的析出温度会有一定降低,Nb（CN）的析出温度会有一定升高。（3）六组实验钢中,3#Ti-Zr-Mg脱氧实验钢具有最好的强度与韧性匹配,其抗拉强度和屈服强度分别为680MPa及520MPa,其-20℃冲击功达到了142.3J。（4）不同脱氧工艺实验钢在不同线能量热模拟后具有不同的性能。采用Ti-Zr-Mg脱氧工艺的钢样,经过100kJ/cm线能量热模拟焊接后,热影响区的低温冲击功大于100J,满足国家标准要求。（5） Ti-Zr-Mg脱氧产物在大线能量焊接条件下,能起到钉扎和促进针状铁素体形成的作用,改善焊接热影响区的组织,提高低温韧性。（6）工业试验制备的钢样,具有良好的力学性能及焊接性能。抗拉强度及屈服强度分别达到了605MPa和465MPa,经150kJ/cm线能量模拟焊接后,低温冲击韧性为52.1J,满足国家标准中对压力容器用钢母材冲击韧性的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 文献综述
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 国内外压力容器用钢的发展
• 1.2.1 国内压力容器用钢的发展
• 1.2.2 国外压力容器用钢的发展
• 1.3 氧化物冶金技术
• 1.3.1 氧化物冶金概念的提出
• 1.3.2 氧化物冶金关键技术
• 1.3.3 氧化物冶金技术近期进展
• 1.3.4 氧化物冶金技术的应用与发展趋势
• 1.4 晶内铁素体概述
• 1.4.1 晶内铁素体显微组织特征
• 1.4.2 晶内铁素体形核机理
• 1.4.3 晶内针状铁素体对焊接HAZ韧性的影响
• 1.5 大线能量焊接及焊接热影响区
• 1.5.1 焊接热影响区
• 1.5.2 焊接热循环的特点
• 1.5.3 焊接热影响区的组织特点
• 1.5.4 大线能量焊接
• 1.5.5 提高HAZ韧性的方法
• 1.6 文献评述
• 1.7 本课题的目的、意义及内容
• 第2章 实验钢的制备
• 2.1 成分设计
• 2.1.1 合金元素的作用
• 2.1.2 成分设计的原则
• 2.2 实验钢的制备过程
• 2.2.1 实验钢的冶炼与浇铸
• 2.2.2 实验钢的锻造与轧制
• 第3章 脱氧工艺对实验钢夹杂物及性能的影响
• 3.1 实验钢夹杂物金相分析及讨论
• 3.1.1 夹杂物的尺寸及分布
• 3.1.2 实验钢中夹杂物的形貌及成分
• 3.1.3 脱氧工艺对组织的影响
• 3.2 实验钢中的析出相分析
• 3.3 实验钢力学性能研究
• 3.3.1 拉伸实验方法
• 3.3.2 拉伸实验结果及分析
• 3.3.3 冲击实验方法
• 3.3.4 冲击实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验钢的焊接性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验钢焊接性的模拟实验
• 4.2.1 焊接热模拟技术
• 4.2.2 焊接热模拟实验方法
• 4.2.3 焊接热模拟后冲击韧性实验方法
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 不同脱氧工艺对焊接韧性的影响
• 4.3.2 不同线能量对焊接韧性的影响
• 4.3.3 焊接热模拟后金相组织观察分析
• 4.3.4 断口分析
• 4.4 共焦激光扫描显微镜热模拟分析
• 4.4.1 共焦激光扫描显微镜热模拟实验方法
• 4.4.2 共焦激光扫描显微镜热模拟实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 压力容器用钢工业试验研究
• 5.1 前言
• 5.2 工业试验钢的制备与检验方法
• 5.2.1 成分设计
• 5.2.2 工艺路线
• 5.2.3 工业试验钢的化学成分及板坯规格
• 5.2.4 试样检验方法
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 试验钢夹杂物的尺寸及分布情况
• 5.3.2 轧态试验钢力学性能
• 5.3.3 轧态试验钢焊接性能
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 论文包含图、表、公式及文献