微量锡和铈对SA508CL-3钢大线能量焊接热影响区性能的影响

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SA508CL-3是典型的低合金核压力容器钢，其具有中等的强度、良好的高温性能、良好的抗中子辐照性、优良的可锻性和焊接性能，广泛的应用于电厂、核电站等重要设备的压力容器。
　　由于工程结构的大型化，导致更厚的钢板应用于工程中。一方面为了焊透这些厚钢板，另一方面也为了减少焊接的道次，众多的大线能量焊接方法应用于其中。焊接时高的热输入直接带来的后果就是热影响区晶粒粗化，使得热影响区的性能恶化，尤其是韧性。同时，在钢材的冶炼中，越来越多的废钢作为原料，而废钢会带入一些微量杂质元素，例如：Sn、Sb和As等。而这些微量杂质对焊接组织性能也具有明显的影响。
　　本文以SA508CL-3为研究对象，利用Gleeble热模拟技术得到均一的，放大的热影响区。分析材料在不同大线能量下的微观组织变化、微量元素行为及其对热影响区脆性的影响机理。
　　实验采用Gleeble-1500D热模拟试验机，对纯试样、含Sn试样和含Ce试样进行峰值温度1320℃、线能量分别为30 kJ/cm、50 kJ/cm、70 kJ/cm、100 kJ/cm的热模拟实验。然后对热影响区进行性能测试、组织观察和机理分析。研究发现，对于纯试样，线能量从30 kJ/cm增至100 kJ/cm时，试样的韧脆转变温度从-23℃增至-7℃，含Sn试样的韧脆转变温度从-13℃增至-1℃，含Ce试样的韧脆转变温度从-80℃增至-15℃，同时各线能量下均是含Ce试样的韧脆转变温度最低，含Sn的最高，纯试样居中。经过光学显微镜和电子显微镜观察分析，确认这种变化是由于微观组织变化造成的。各成分试样，高线能量下为粒状贝氏体而低线能量下为板条贝氏体，中间线能量为混合组织。结果还发现添加 Ce的试样，组织明显细化。而且出现了贝氏体转变延后的现象，说明稀土Ce对奥氏体的相变热力学或动力学有一定的影响。而添加Sn元素的试样组织和纯试样没有明显的区别。实验中含Ce试样30 kJ/cm时，具有极佳的韧性，其原因是晶粒细小、组织均匀、贝氏体板条细小、纳米级的碳化物高度弥散分布。研究还发现了Ce在原奥氏体晶界上非平衡偏聚的实验现象：随着线能量增加而浓度降低，其临界时间对应的线能量在30 kJ/cm附近。由于Ce晶界偏聚可以强化晶界，因此，其对含Ce试样的韧性提高具有重要的作用。

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作者
孙华骏;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名宋申华;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属焊接性及其试验方法;
关键词
微量元素; 焊接性能; 压力容器; 微观组织;

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