sa-213t23管子焊接工艺研究毕业设计论文(编辑修改稿)

sa-213t23管子焊接工艺研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

性能 ， 但当 Nb（ C， N） 聚集时 ， 蠕变抗力下降十分快。 当同时加入 Nb和 V时Nb 的作用比 V大。 Nb（ C， N） 十分稳定 ， 淬火时的残留第二相一般是 Nb（ C， N）。 最新研究表明耐热钢中 ， 由于少量的 Nb、 V、 N 的加入 ， 在晶界及晶内生成了大量形状复杂的 Nb、 V（ C， N）， 它们在高温塑性变形过程中比简单的球形析出物更能有效地阻碍位错的运动 ， 因为即使位错已攀移绕过球形析出物 ， 也能被翼状析出物截获 ， 同时翼状析出物也增大了捕获位错的几率 ， 大大提高了持久强度。 另外 ， 钢中加入少量强碳物形成元素 V、 Nb 可阻止 Cr、 Mo等碳化物的形成 ， 使其尽量溶于固溶体中 ， 也增加了固溶强化重庆科技学院专科生毕业设计 2 SA213T23钢管的综合性能 6 作用。 C 元素的作用 ① 从钢的热强性来考虑 ， 碳含量不应太低 ， 但碳含量高的钢在高温长期应力的作用下 ， 加速了合金元素的扩散速度 ， 使得合金元素在固溶体中贫化 ， 并且使碳化物显著长大 ， 从而降低了钢的热强性。 T23 钢的碳含量控制在 %以下 （ ～ %）， 目的是必要的碳含量主要起固溶强化作用 ， 同时 ， 一部分碳原 子 将与钒、铌、钛作用析出碳化物 ， 在高温变形阶段抑制再结晶 ， 在较低温区起析出强化作用。 当钢中碳含量降到%以下时 ， 钢在 经过高温奥氏体化以及热变形后的冷却过程中 ， 不再发生奥氏体向铁索体与渗碳体的两相分解 ， 过冷奥氏体将直接转变成铁素体 ， 并留下少量富碳的残留奥氏体。 ② 钢的碳含量很低 ， 渗碳体生成很少 ， 因此钢中得到的贝氏体一般无法区分上、下贝氏体。 由于这时针状 （ 或板条状 ） 铁素体内及板条间均没有连续的渗碳体 ， 因此 ，这 种形态贝氏体韧性极佳。 ③ 钢的碳含量很低 ， 可焊性极佳 ， 一般不用预 热 处理和 焊 后 热 处理。 Si 的作用 ① 不同厚度的钢板在热轧过程中 ， 采用不同含量的 硅 时 ， 在终轧时的奥氏体晶粒细 ， 晶粒变形程度很高 ， 经加速冷却后 ， 可以得到细的贝氏体组织 （ 常是粒状贝氏体与部分板条状贝氏体的混合物 ）， 可以保证钢种必要的强度。 ② 钢中 硅 与硼联合起作用 ， 会 进 一步抑制贝氏体转变前的铁素体生成 ， 同时 ， 加入 硅 后可使铌碳化物高温应变诱导析出加速 ， 再结晶停止温度升高 ， 有利于进一步细化相转变产物。 微量 Nb 和 B 的综合作用 微量铌与碳、氮、硼在贝氏体内形成 Nb（ C、 N、 B） 类析出物 ， 进一步强化贝氏体。 在热变形后 ， 这类化合物在奥氏体中会通过应变诱导在位错线上析出 ， 由于尺寸效应 ，都趋向于偏聚到晶界区 ， 从而明显地阻碍变形后再结晶晶界的运动。 冷却 过程中 ， 铌和硼原子在晶界的偏聚会极大地阻碍新相在晶界处形核 ， 从而使先共析铁素体生成区明显右移 ， 保证了这类钢能在很宽的冷速范围内得到均匀的贝氏体组织。 其它元素的控制 钢中的硫、磷分别控制在 %和 %左右 ， 以改善材料的塑性与韧性。 钢加入少量的钛 （ 约 %） 它既脱氮保护硼 ， 又通过微细 TiN 析出控制奥氏体晶粒的快速长大。 钢中的锰起固溶强化作用 ， 并阻碍先共析铁素体的析出。 热处理工艺对 T23 钢组织与性能的影响 T23 钢的热处理工艺通常分为奥氏体化后空冷 (正火 )和高温回火两个部分。 T23 钢的空冷贝氏体淬透性很好 ， 并且抗回火性也很好 ， 因此可以获得回火粒状贝氏体组织。 T23 钢热处理考虑八个参量 ： 正火加热速率、正火加热温度、正火加热时 间， 正火冷却重庆科技学院专科生毕业设计 2 SA213T23钢管的综合性能 7 速率、正火冷却温度、回火加热温度、回火加热时间、回火冷却速率。 对该钢来说 ， 由于有较好的导热性和优良的塑性 ， 正火冷却的速率则应保证得到的是贝氏体而不有珠光体及马氏体等分解产物。 因此 ， 适宜的正火冷速控制是必须的。 其 中 四个热处理的参量正火加热温度、正火加热时间、回火加热温度、回火加热时间则采用单因素比较试验法和正交试验法取不同的水平进行优选，二者互为佐 证。 正火工艺的影响 奥氏体化温度对热强钢性能有显著的影响 ， 随着奥氏体化温度提高 ， 耐热钢的热强性增加。 日本的藤田利夫等人曾研究过淬火温度对 刚持 久强度的影响 ， 表 明 高的淬火温度通常具有高的持久强度。 同时 ， 他们认为第二相粒子的大小、数量、形状和分布及晶粒大小是导致不同温度淬火后持久性能不同的主要原因。 材料的性能与材料内部的组织结构有着密切的关系。 提高奥氏体化温度可以引起 a 固溶体合金化程度增加、晶粒尺寸增大、回火或使用过程中碳化物在基体上析出数量的增加及组织改变等 ， 这些因素的改变对耐热钢的热强性有一定 的影响。 一般地说 ， 奥氏体化温度高 ， 晶粒尺寸就大 ， 同时影响固溶强化和析出硬化的合金元素的固溶量。 因此 ，对于利用固溶强化和析出硬化的耐热钢来讲 ， 既受晶粒大小的影响 ， 也受合金元素固溶量的影响 ， 一般认为后者的影响大 ， 晶粒尺寸的影响小。 CrWMo 钢 600℃持久强度随奥氏体晶粒尺寸增大而增加 ， 但当奥氏体晶粒度超过 6 级后 ， 则持久强度开始下降或达到饱和值。 因 此， 奥氏体晶粒度不仅对室温强度 ， 而且对高温持久强度也有一个最佳范围。 低合金耐热钢随着晶粒尺寸增大到某一范围时 ， 钢的热强性提高 ， 而持久塑性和冲击韧性降低 ， 钢的缺口敏感 性增加。 奥氏体化温度对钢性能的影响 ， 其实质是通过随后的正火工艺来影响钢的组织与结构。 当奥氏体化温度偏低时 ， 存在许多沿原奥氏体晶界分布的较粗大未溶碳化物 ， 因这些未溶碳化物与基体金属的热膨胀系数不同 ， 所以在急冷时 ， 在这些粒子的周围产生位错 ， 而析出物在这种原因引起的位错上优先析出。 在回火过程中 ， 随回火时间的延长及温度的提高 ， 已析出的碳化物将聚集长大。 所以 ， 奥氏体化温度低时 ， 持久强度低。 在选择热处理规范时 ， 从晶粒度角度应考虑其良好的综合性能 ， 一般讲热力设备的高温零部件 ， 通过热处理获得 3～ 6级晶粒度是比较适宜的。 回火工艺的影响 回火的目的是为了消除内应力提高韧性 ， 同时 ， 使在回火过程中合金元素在 a 固溶体中和析出的细小碳化物之间合理分配 ， 合金元素的作用能够得到更好的发挥。 T23 钢的回火温度一般为 760～ 790℃。 SA213T23 钢管的 组织和 性能 试验材料及方法 试验所用 T23 钢管试样由 东方锅炉 提供，其化学成分 (质量分数， %)为： %、%、 %、 %、 %、 %、 B %、 N %、 %、 Si %、%、 S %、 P %。 热处理工艺采用正火 +回火，持久试验分别在 550 ℃、重庆科技学院专科生毕业设计 2 SA213T23钢管的综合性能 8 600℃ 和 650℃进行。 选取在 550 ℃经 70 h、 1176 h、 5115 h、 10150 h 和 13255 h 蠕变断裂的试样。 在 600 ℃经 730h、 1929h 和 h 蠕变断裂的试样以及在 650℃经279h、 1781h、 5109 h 蠕变断裂的试样，分别测试其硬度和观察它们的显微组织。 在 HD945光学洛氏维氏硬度计上测定其硬度，在 Nikon EPIPHOT 300 金相显微镜， S570 扫描电子显微镜 (SEM)和 JEM200CX 透射电子显微镜 (TEM)下观察其组织。 试验结果及分析 1) 力学性能 图 (a)为国产 T23 钢在不同温度的持久强度曲线。 可见，温度为 550 ℃ 和 600 ℃时，随蠕变断裂时间的延长， T23 钢的持久强度缓慢下降； 650 ℃ 时，持久强度下降很快。 硬度测定结果也反映出类似的变化规律 [图 (b)]。 图 不同试验温度下国产 T23钢的持久强度 (a)和硬度 (b) 图 供应状态下 T23钢的显微组织 2) 显微组织 ① 供应状态 供应状态下国 产 T23钢的组织为粒状贝氏体，贝氏体铁素体基体上有许多小岛状物质。 TEM 观察结果表明，这些小岛状物质基本为略有回复的板条马氏体 [图 (a)]。 同时，有大量细小的第二相弥散分布在晶界和晶内 [图 (b)]，经衍射斑点分析为 MX型重庆科技学院专科生毕业设计 2 SA213T23钢管的综合性能 9 碳氮化物。 此外，在晶界和晶内还有一些较大的类似于球形和棒状的沉淀相析出，衍射斑点分析结果表明为 M23C6型碳化物。 晶内还有少量的二相 M7C3，其尺寸比 MX 大，但比M23C6小。 ② 600℃ 持久试验 国产 T23 钢在 600℃蠕变断裂后晶内有许多空洞和裂纹，离断口越近，其数量越多。 通过 SEM 对空洞内第二相的能谱分析可知，除富 Al2O3和 MnS 夹杂物外，粗大的 M23C6型碳化物可能是空洞形核的核心。 TEM 衍射斑点分析结果表明，蠕变断裂后析出物仍以M23C6和 MX 为主。 随蠕变断裂时间 (t)的延长， M23C6碳化物明显粗化，但是当蠕变断裂时间延长到 1929h后，粗化速率不大 (图 )。 MX碳氮化物在整个蠕变断裂试验过程中比较稳定，粗化不明显。 TEM 观察表明，随着蠕变时间的延长，贝氏体铁素体基体和小岛中的板条马氏体均会发生不同程度的回复及再结晶。 在 600℃蠕 730h 时的变化较小，贝氏体铁素体基体基本保持原形貌，小岛中的板条马氏体宽度略微增加。 蠕变断裂时间延长到 1929h时，贝氏体铁素体基体由于回复、再结晶，开始出现少量亚晶，晶内位错密度下降 [图 (a)]。 当蠕变断裂时间达到 后，原奥氏体小岛中的马氏体已经很难保持板条形貌，出现了明显的再结晶，位错密度进一步降低 [图 (b)]。 透射斑点分析结果表明，晶界上有个别碳化物点阵常数为 ，介于 M23C6和 M6C点阵常数之间，表明此时有少量 M23C6向 M6C 过渡。 (a)供应状态； (b)t=730 h； (c) t=1929 h； (d) t= h 图 供应状态及 600℃ 蠕变状态下国产 T23钢的 SEM 照片 重庆科技学院专科生毕业设计 2 SA213T23钢管的综合性能 10 (a)t=1929 h； (b)t= h 图 经 600℃ 蠕变后 T23钢的显微组织 ③ 550℃及 650℃持久试验 550℃ 、 650℃蠕变后的微观组织演变规律与 600℃蠕变时相似，但随温度升高，组织演变进程加快。 TEM 观察结果表明，贝氏体铁素体基体中的小岛在 550℃蠕变 10150 h后才很难保持板条马氏体特征，而在 650℃蠕变 279h后，贝氏 体铁素体基体就发生了回复和再结晶，开始出现少量亚晶，同时，小岛上的板条马氏体明显宽化，并且在有些区域出现了回复，位错密度明显下降。 蠕变时间延长到 1781h 时，亚晶特征更加明显，蠕变时间进一步延长到 5109 h 后 ,基本上全部为亚晶。 衍射斑点分析结果表明，有少量的M6C 生成。 3) 组织演变对性能的影响 国产 T23 钢的持久强度较高，是因为采用了多元复合强化。 在长时间蠕变过程中，固溶于钢中的钨含量比较高，而且钨的固溶强化效果比钼强，因而“加钨减钼”是有效提高国产 T23 钢固溶强化效果的重要原因。 同时，大量弥散分布的 细小 MX 碳氮化物，在高温长时间蠕变下其粗化并不严重，所以是国产 T23 钢最主要的强化相。