12CrNi鐵素體不銹鋼焊接性研究.pdf

1、近年來(lái)開發(fā)的鐵路貨車用12CrNi鐵素體不銹鋼的焊接低溫韌性較差，試制的不銹鋼運(yùn)煤敞車在運(yùn)營(yíng)一年左右就發(fā)現(xiàn)裂紋。為提高12CrNi不銹鋼的焊接性，本文深入探索了這類不銹鋼焊接過(guò)程中的金屬學(xué)行為，系統(tǒng)研究了化學(xué)成分對(duì)其組織、性能和焊接性的影響。根據(jù)研究結(jié)論開發(fā)了具有優(yōu)良焊接韌性的T4003不銹鋼，并對(duì)其焊接性進(jìn)行了深入研究。論文主要工作及創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)揭示了12CrNi不銹鋼焊接過(guò)程中的相變、第二相的變化及晶粒長(zhǎng)大規(guī)律

2、。粗晶區(qū)在加熱過(guò)程中經(jīng)歷了α→γ→δ相變過(guò)程，在冷卻過(guò)程中經(jīng)歷了δ→γ→M相變過(guò)程。α→γ和δ→γ相變，新相優(yōu)先在晶界等缺陷處形核。發(fā)現(xiàn)高溫時(shí)納米級(jí)析出相迅速溶解，殘留的奧氏體能夠強(qiáng)烈抑制δ鐵素體晶粒長(zhǎng)大。提出細(xì)化粗晶區(qū)晶粒的設(shè)計(jì)思路為，增加奧氏體形成元素含量，縮小δ單相區(qū)范圍。
　　(2)研究了鐵素體因子(FF)對(duì)粗晶區(qū)組織和寬度的影響。發(fā)現(xiàn)鐵素體因子大于9.0時(shí)，焊接粗晶區(qū)組織為單相鐵素體或鐵素體加沿鐵素體晶界呈網(wǎng)狀分布的少量

3、馬氏體。鐵素體因子小于9.0時(shí)，隨鐵素體因子減小，馬氏體量增加。鐵素體因子顯著影響焊接粗晶區(qū)寬度。焊接粗晶區(qū)寬度隨著12CrNi鐵素體不銹鋼中A5點(diǎn)（δ鐵素體單相區(qū)的下限溫度）的降低而變寬，A5點(diǎn)可表示為鐵素體因子的以下關(guān)系式:A5=1536.7-30.397FF。A5點(diǎn)隨鐵素體因子的增大而降低，因而，12CrNi鐵素體不銹鋼焊接粗晶區(qū)也將隨鐵素體因子的增大變寬。提出為獲得寬度較窄且以細(xì)小馬氏體為主的粗晶區(qū)，F(xiàn)F應(yīng)控制在8.24以下。<

4、br>　　(3)發(fā)現(xiàn)隨碳含量的增加，熱軋態(tài)12CrNi不銹鋼中馬氏體的微觀形態(tài)由位錯(cuò)胞狀轉(zhuǎn)變成板條束狀。揭示了熱軋態(tài)的超低碳馬氏體位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)形成的機(jī)理為:因?yàn)轳R氏體相變結(jié)束點(diǎn)Ms很高且碳含量極低，位錯(cuò)具有很強(qiáng)的可動(dòng)性，馬氏體發(fā)生了自回復(fù)過(guò)程，使馬氏體板條束界消失，形成了位錯(cuò)胞亞結(jié)構(gòu)。提出了碳對(duì)12CrNi不銹鋼焊接性的影響要綜合考慮兩個(gè)方面:首先，隨碳含量的增加，鐵素體因子降低，焊接粗晶區(qū)寬度變窄、晶粒細(xì)化;另一方面，隨碳含量的增加馬氏

5、體的塑性和韌性降低。建議在控制合適的鐵素體因子的前提下，降低12CrNi不銹鋼中碳含量，提高熱影響區(qū)的馬氏體韌性，從而提高焊接接頭的沖擊韌性。
　　(4)證實(shí)了熱軋態(tài)12CrNi不銹鋼中條帶狀δ鐵素體惡化其沖擊韌性，為提高熱軋態(tài)12CrNi不銹鋼的韌性，熱軋均熱溫度應(yīng)降低到奧氏體單相區(qū)。
　　(5)論證了12CrNi不銹鋼中添加穩(wěn)定化元素鈮，將抑制退火板的再結(jié)晶，退火后強(qiáng)度相對(duì)較高，而塑性和韌性相對(duì)較低。發(fā)現(xiàn)含鈮0.28％的

6、12CrNi不銹鋼退火后的析出相為Fe3Nb3C和Nb(C,N)，而含鈮0.49％的12CrNi不銹鋼退火板中的析出相為Fe2Nb和Nb(C，N)，12CrNi不銹鋼含鈮過(guò)高時(shí)退火后發(fā)生明顯的Laves相脆化。發(fā)現(xiàn)鈮對(duì)再結(jié)晶的強(qiáng)烈抑制作用，細(xì)化了晶粒，降低了其韌脆轉(zhuǎn)變溫度。揭示了鈮單穩(wěn)定的12CrNi不銹鋼的粗晶區(qū)馬氏體的形態(tài)有仿晶界型、鋸齒型和魏氏體形態(tài)，且沿δ/δ鐵素晶界呈網(wǎng)狀分布。
　　(6)發(fā)現(xiàn)12CrNi不銹鋼中添加鈦能

7、夠顯著細(xì)化焊接粗晶區(qū)的馬氏體，并使粗晶區(qū)寬度減小，從而提高焊接接頭的沖擊韌性。給出了其細(xì)化機(jī)理為:TiN粒子促進(jìn)了δ→γ相變的晶內(nèi)形核，細(xì)化了馬氏體相變前的奧氏體;另一方面，TiN粒子也促進(jìn)馬氏體相變的形核，從而進(jìn)一步細(xì)化粗晶區(qū)馬氏體。
　　(7)晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅在未添加穩(wěn)定化元素的12CrNi不銹鋼焊接接頭背面的細(xì)晶區(qū)發(fā)生晶間腐蝕。闡明了低碳12CrNi不銹鋼的晶間腐蝕是富鉻析出物析出和殘余拉應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。
　　

8、(8)發(fā)現(xiàn)用ER316L焊絲焊接的焊板焊接接頭的沖擊功均高于用ER308L焊絲焊接的焊板。這是因?yàn)镋R316L焊絲焊接的焊縫沖擊功比ER308L焊絲焊接的焊縫高的原因。熱輸入為1.0kJ/mm的焊板在熔合線和熱影響區(qū)處-20℃和-40℃的沖擊功均低于10J。為控制T4003不銹鋼焊接接頭的低溫韌性，推薦焊接熱輸入控制在0.8kJ/mm以內(nèi)。發(fā)現(xiàn)坡口角度對(duì)T4003不銹鋼焊接接頭的沖擊功影響微弱。
　　(9)研究了12CrNi鐵素體