本文關(guān)鍵詞：激光熱處理對(duì)1Cr5Mo耐熱鋼焊接接頭力學(xué)與腐蝕性能影響機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 1Cr5Mo耐熱鋼 焊接接頭 激光熱處理 拉伸性能 腐蝕試驗(yàn)

【摘要】：為了達(dá)到實(shí)際工作要求,石油、化工和能源行業(yè)的傳輸管道都是在高溫、腐蝕工況中工作的,這就需要一種能夠滿足以上特定工作環(huán)境的鋼種作為管道原材料,而由于我國(guó)可采用的管材種類有限,因此在化工、石油及能源行業(yè)中一般采用1Cr5Mo耐熱鋼。焊接是連接1Cr5Mo鋼管道的主要方法,填充材料與母材焊接端兩側(cè)的材料經(jīng)過(guò)熔化后重新結(jié)合,這就容易出現(xiàn)氣孔、組織粗大的缺陷,使得接頭的安全性能有所降低。同時(shí),在焊接過(guò)程中引入的焊接熱會(huì)導(dǎo)致接頭產(chǎn)生焊接殘余拉應(yīng)力,影響接頭的力學(xué)性能。目前對(duì)于耐熱鋼及其焊接接頭,尤其在激光熱處理后其使用可靠性缺乏深入的研究。本文利用CO2激光對(duì)1Cr5Mo耐熱鋼焊接接頭進(jìn)行了表面熱處理,研究了其對(duì)耐熱鋼焊接接頭的力學(xué)及耐腐蝕性能的影響,論述了激光熱處理后焊接接頭表面強(qiáng)化層的形成機(jī)理,為焊后熱處理提供了一種安全可行的試驗(yàn)方法。主要結(jié)論和創(chuàng)新成果如下:(1)研究了激光熱處理對(duì)1Cr5Mo耐熱鋼焊接接頭表面晶粒細(xì)化和微觀強(qiáng)化機(jī)理;分析了激光熱處理對(duì)1Cr5Mo耐熱鋼焊接接頭表面熱影響區(qū)的微觀組織,晶粒度,殘余應(yīng)力及殘余奧氏體的影響。研究發(fā)現(xiàn):經(jīng)激光熱處理后1Cr5Mo耐熱鋼焊接接頭表面晶粒發(fā)生細(xì)化,焊縫區(qū)、熔合區(qū)、過(guò)熱區(qū)和正火區(qū)等區(qū)域晶粒等級(jí)分別由9級(jí)、9.8級(jí)、8級(jí)和10.7級(jí)提升至10級(jí)、10.2級(jí)、8.5級(jí)和11級(jí),組織結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域由過(guò)熱區(qū)、焊縫區(qū)和熔合區(qū)減少為過(guò)熱區(qū),均勻性得到了明顯改善;激光熱處理消除了焊接接頭表面殘余拉應(yīng)力,形成了深度約為0.28 mm的殘余壓應(yīng)力層,殘余奧氏體含量有所提高,分布更均勻,有利于改善其力學(xué)性能。(2)1Cr5Mo耐熱鋼作為高溫裂解管道時(shí),在服役過(guò)程中除了要承受高溫的工作環(huán)境,還要抵抗管線連接過(guò)程中引入結(jié)構(gòu)應(yīng)力、溫度變化形成的熱應(yīng)力及管內(nèi)輸送的高壓介質(zhì)所引起的拉應(yīng)力載荷,因此,在一定溫度下的拉伸方式來(lái)模擬生產(chǎn)中的工作情況。結(jié)果表明:在200℃時(shí)激光熱處理后試樣的屈服應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高32.5%、22.5%和4.6%;而在300℃時(shí)試樣的屈服應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高6.6%、6.5%和7.5%,激光熱處理前后試樣拉伸斷口均為韌性斷口,但激光熱處理試樣韌窩尺寸大于原始試樣,當(dāng)溫度上升到300℃時(shí),韌窩尺寸繼續(xù)增大;激光熱處理后試樣表面產(chǎn)生的晶粒細(xì)化和殘余壓應(yīng)力是拉伸性能提高的主要因素。(3)針對(duì)1Cr5Mo鋼管道傳輸含鹽量較高的物質(zhì),開(kāi)展了基于試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB10587-2006的鹽霧腐蝕試驗(yàn),采用SEM、EDS和XRD等手段研究了激光熱處理對(duì)提高1Cr5Mo鋼接頭耐腐蝕性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:原始狀態(tài)1Cr5Mo耐熱鋼焊接接頭表面形成的腐蝕物較疏松,而經(jīng)激光熱處理后試樣表面腐蝕坑尺寸有所減小,腐蝕產(chǎn)物平整致密,延緩介質(zhì)向基體滲透速度;激光熱處理提高了焊接接頭表面自腐蝕電位,使得腐蝕不易進(jìn)行,此中晶粒細(xì)化和形成的壓應(yīng)力是提高耐腐蝕性的關(guān)鍵機(jī)制。(4)采用慢應(yīng)變速率試驗(yàn)方法,研究了NACE溶液中1Cr5Mo耐熱鋼焊接接頭應(yīng)力腐蝕敏感性、應(yīng)力腐蝕斷口形貌和斷裂方式的影響機(jī)理,同時(shí)探討了激光掃描速率對(duì)接頭慢拉伸試驗(yàn)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:激光熱處理后接頭的應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)由33.9%下降到23%以下;試樣表層獲得的壓應(yīng)力是應(yīng)力腐蝕性能提高的主要機(jī)制;激光掃描速率對(duì)1Cr5Mo鋼接頭應(yīng)力腐蝕性能有一定的影響,其中掃描速度為400 mm/min時(shí)應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)最小。綜上所述,本文為激光熱處理提高1Cr5Mo耐熱鋼焊接接頭力學(xué)性能以及抗腐蝕性能提供了試驗(yàn)基礎(chǔ),為激光熱處理的應(yīng)用推廣提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：1Cr5Mo耐熱鋼 焊接接頭 激光熱處理 拉伸性能 腐蝕試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：常州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG156.99;TG407
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 耐熱鋼國(guó)內(nèi)外發(fā)展研究狀況13
• 1.3 焊接接頭缺陷分析13-14
• 1.4 常用表面強(qiáng)化處理技術(shù)14-15
• 1.4.1 噴丸處理14
• 1.4.2 表面納米化14
• 1.4.3 超聲沖擊14
• 1.4.4 爆炸法處理14-15
• 1.4.5 碾壓處理15
• 1.4.6 錘擊處理15
• 1.4.7 整體高溫回火處理15
• 1.5 激光熱處理技術(shù)研究及應(yīng)用15-17
• 1.5.1 激光熱處理原理15-16
• 1.5.2 激光熱處理特點(diǎn)16
• 1.5.3 激光熱處理技術(shù)的應(yīng)用16-17
• 1.5.4 激光熱處理的發(fā)展方向17
• 1.6 課題的研究?jī)?nèi)容及方法17-20
• 2 試驗(yàn)材料及方法20-32
• 2.1 試驗(yàn)材料20
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備20-26
• 2.2.1 激光熱處理設(shè)備20-21
• 2.2.2 金相顯微鏡21
• 2.2.3 X射線應(yīng)力測(cè)試儀21-22
• 2.2.4 電解拋光機(jī)22-23
• 2.2.5 拉伸試驗(yàn)機(jī)23-24
• 2.2.6 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡24
• 2.2.7 XRD射線衍射儀24-25
• 2.2.8 鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱25
• 2.2.9 電化學(xué)工作站25-26
• 2.2.10 應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)26
• 2.3 試驗(yàn)方法26-32
• 2.3.1 焊接方法26-27
• 2.3.2 激光熱處理工藝27-28
• 2.3.3 金相組織分析方法28
• 2.3.4 熱拉伸試驗(yàn)方法28-29
• 2.3.5 鹽霧腐蝕試驗(yàn)方法29-30
• 2.3.6 應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法30-32
• 3 激光熱處理對(duì)耐熱鋼焊接接頭表面性能的影響32-42
• 3.1 組織性能的影響32-38
• 3.1.1 宏觀形貌分析32-33
• 3.1.2 微觀形貌分析33-35
• 3.1.3 晶粒度分析35-38
• 3.2 激光熱處理對(duì)殘余應(yīng)力的影響38-40
• 3.2.1 水平方向影響38-39
• 3.2.2 深度方向影響39-40
• 3.3 激光熱處理對(duì)殘余奧氏體的影響40
• 3.3.1 試驗(yàn)結(jié)果與分析40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 4 激光熱處理對(duì)耐熱鋼焊接接頭拉伸性能的影響42-50
• 4.1 拉伸曲線42-43
• 4.2 拉伸斷口分析43-47
• 4.2.1 斷口形貌分析43-46
• 4.2.2 分層斷裂分析46-47
• 4.3 分析與討論47-49
• 4.3.1 界面形貌分析47-48
• 4.3.2 EDS分析48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 5 激光熱處理對(duì)耐熱鋼焊接接頭鹽霧腐蝕的影響50-60
• 5.1 腐蝕后形貌分析50-52
• 5.1.1 腐蝕后表面形貌50-51
• 5.1.2 腐蝕坑形貌51-52
• 5.1.3 腐蝕裂紋52
• 5.2 腐蝕產(chǎn)物分析52-55
• 5.2.1 腐蝕后表面EDS分析52-53
• 5.2.2 腐蝕后界面EDS分析53-55
• 5.3 極化曲線55-56
• 5.4 腐蝕機(jī)理分析56-59
• 5.4.1 金相組織56-57
• 5.4.2 XRD分析57-58
• 5.4.3 殘余奧氏體58-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 6 激光熱處理對(duì)耐熱鋼焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的影響60-71
• 6.1 慢拉伸試驗(yàn)結(jié)果60-61
• 6.2 慢拉伸斷口分析61-69
• 6.2.1 斷口形貌分析61-66
• 6.2.2 斷口韌窩分析66-68
• 6.2.3 斷口EDS分析68-69
• 6.3 二次裂紋分析69-70
• 6.4 本章小結(jié)70-71
• 7 結(jié)論與建議71-73
• 7.1 結(jié)論71-72
• 7.2 建議72-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 攻讀學(xué)位期間研究成果79-81
• 致謝81

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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本文編號(hào)：738310