固态相变对10Ni5CrMoV钢焊接残余应力的影响

10Ni5CrMoV钢属于低合金高强钢,固态相变效应在其焊接热-力耦合分析中不可忽略.固态相变效应表现为体积变化和屈服强度"滞后"现象,通过热膨胀试验测试相变参数,建立固态相变的数学模型,开展了考虑固态相变效应的10Ni5CrMoV钢焊接热-力耦合分析.结果表明,考虑固态相变效应后,焊缝及焊缝附近(相变区域)纵向拉应力大幅度降低,相变区域相邻位置拉应力仍然较高;横向应力的分布状态变化明显,应力峰值变化较小,约为室温屈服强度的25%.应力测试结果与数值模拟结果较吻合,验证了固态相变模型的准确性.

10Ni5CrMoV钢旋转电弧窄间隙GMAW研究

采用旋转电弧窄间隙GMAW焊接方法对40mm厚10Ni5CrMoV钢进行了焊接。对焊接接头形貌、接头组织、硬度、低温冲击韧性及抗拉强度分别进行了观察和测量。结果表明:焊缝成形较好,没有缺陷,焊缝组织由粒状贝氏体和铁素体组成,焊缝内硬度比较均匀,低温冲击韧性和抗拉强度均符合使用要求,成功实现了大厚板10Ni5CrMoV钢旋转电弧窄间隙焊接。

焊趾TIG熔修对10Ni5CrMoV钢焊接节点疲劳性能的影响

对焊趾氩弧(tungsten-arc inert-gas welding,TIG)熔修与否的10Ni5CrMoV钢大角度焊接节点进行了疲劳试验,比较了相同加载条件下的疲劳寿命、载荷与位移关系及疲劳裂纹启裂位置,同时测量了焊接接头残余应力,并采用有限元计算方法对承载条件下焊接节点的应力应变场进行了分析。结果表明,焊趾TIG熔修显著提高了10Ni5CrMoV钢焊接节点的疲劳性能,在相同承载条件下使焊接节点的疲劳寿命提高了34%。其主要原因在于TIG熔修能有效改善焊趾处的几何形状、降低应力集中程度,从而降低焊趾在承载条件下的应力应变水平,使焊接接头疲劳性能得到提高。

10Ni5CrMoV钢二次焊接热循环局部脆化研究

采用模拟焊接热循环的方法,研究了二次热循环对10Ni5CrMoV钢焊接热影响区的组织和性能的影响。结果表明,一次热循环的粗晶区在一定的二次热循环条件下出现了低韧性区,表现为局部脆化现象。引起局部脆化的主要原因是在特定的热循环条件下发生的组织遗传,以及在热影响区中出现的呈网络状分布的粒状贝氏体。

15Ni3CrMoV与10Ni5CrMoV异种钢对接接头的显微组织及力学性能

采用脉冲TIG焊及手工电弧焊相结合对15Ni3CrMoV钢与10Ni5CrMoV钢进行双边开坡口的对接焊,对异种钢对接接头的显微组织、拉伸性能、冲击韧性和显微硬度等进行了研究。结果表明:异种钢对接接头焊缝区的组织呈典型的树枝晶特征,手工电弧焊对接接头的焊缝晶粒呈垂直生长的特点,而脉冲TIG焊对接接头的焊缝晶粒则呈水平生长的特点;对接接头室温拉伸断裂位置均在焊缝区,热影响区的硬度最大;脉冲TIG焊对接接头的抗拉强度和冲击韧性均高于手工电弧焊的。

回火温度对10Ni5CrMoV钢焊缝组织及性能影响

对10Ni5Cr Mo V钢焊接接头进行了不同焊后回火处理,对比分析了不同回火温度对焊缝组织、硬度以及韧性的影响规律。结果表明:焊后空冷条件下,焊缝组织中存在大量的片状马氏体,韧性较差;冲击断口中出现大面积较平区域,同时基体侧与焊缝侧之间的硬度梯度较大。随着回火温度的升高,焊缝组织中的片状马氏体逐渐减少,板条状回火马氏体逐渐增多,基体侧与焊缝侧之间的硬度梯度逐渐减小,同时断口中的大面积较平区域逐渐减少,韧窝逐渐增多,焊缝的韧性逐渐提高。回火温度为600℃时,焊缝组织主要表现为细小的粒状回火索氏体,基体侧与焊缝侧之间的硬度梯度ΔH降低至150HV,同时断口中出现大量较小较深的断裂韧窝,韧性最好。

10Ni5CrMoV钢MAG焊接接头的显微组织与力学性能

采用MAG(熔化极活性气体保护焊)对25mm厚10Ni5CrMoV钢进行了焊接,观察了接头显微组织与冲击断口形貌,并对其硬度、冲击性能和拉伸性能进行了研究。结果表明:接头焊缝区组织主要为板条马氏体/贝氏体+粒状贝氏体,且存在较多的沿奥氏体晶界分布的M-A组元,硬度接近于母材,冲击韧性较低,-50℃时的平均冲击功为42J;随着距焊缝中心距离的增大,热影响区组织依次为淬火马氏体、板条马氏体/贝氏体+铁素体+粒状贝氏体,且临界区碳化物积聚并长大,硬度先升高后降低,最低硬度为286.4HV,冲击韧性较高,-50℃时的平均冲击功为188J;焊接接头的平均抗拉强度达到920 MPa,拉伸试样的断裂位置均在母材;M-A组元及碳化物是影响接头性能的主要因素。

焊后热处理对10Ni5CrMoV钢热影响区低温冲击韧性的影响

采用焊接热模拟技术及冲击试验方法,研究了焊后热处理工艺参数对10Ni5CrMoV钢热影响区(HAZ)的组织与低温(-50℃)冲击韧性的影响规律。试验结果表明,粗晶区是HAZ各特征区中冲击韧性最低的区域,但是经过620℃×1.5h焊后热处理后,HAZ粗晶区冲击韧性最高。

热处理工艺对10Ni5CrMoV钢组织的影响

对10Ni5CrMoV高强度船用钢板进行二次不同温度的淬火处理;测量其奥氏体晶粒度,确定了该钢晶粒度与加热温度的关系。结果表明:10Ni5CrMoV钢第一次淬火加热温度高于1200℃后晶粒急剧长大;二次淬火加热温度稍高于Ac3时,存在明显的组织遗传性,随二次淬火加热温度的升高,组织遗传性逐步消除,当淬火加热温度为810℃时组织遗传性开始消除;加热温度为960℃时发生再结晶,晶粒得到细化,组织遗传性完全消除,当加热温度高于970℃时细化的奥氏体晶粒开始长大。通过二次淬火,使该钢组织得到调整,晶粒细化,可获得更好的强韧性,满足工程的特殊性能需求。

10Ni5CrMoV钢热成型工艺研究

用拉伸、冲击试验研究了10Ni5CrMoV钢热成型工艺,结果表明,10Ni5CrMoV钢900～920℃热成型后,进行调质处理,可以实现材料性能的恢复,满足材料性能要求。

10Ni5CrMoV厚板连续差温轧制工艺

厚板是船舶、化工、高压管道、压力容器等行业必需的钢材品种,但在轧制成形时由于心部变形不充分,导致内部孔洞难以压合,存在心部力学性能偏低、厚度方向上性能不均匀的问题。以10Ni5CrMoV厚板为例,研究了其在差温轧制工艺下的变形规律,目的是解决厚板心部变形不足的问题,为差温轧制在厚板成形中的应用提供理论依据。首先通过Gleeble热压缩试验测定了10Ni5CrMoV钢的高温真实应力-真实应变曲线,建立了10Ni5CrMoV钢的本构方程,基于此本构模型,应用有限元方法进行了10Ni5CrMoV厚板5道次轧制过程的数值模拟,分析了心-表温度分布规律和应变分布规律,并进行了轧制验证试验,对比了不同轧制工艺下厚度方向上的变形及组织均匀性。结果表明,当5道次轧制的总变形量为58.3%时,与均温轧制相比,连续差温轧制和首道次差温轧制10Ni5CrMoV厚板心部的等效塑性应变分别提高了5.40%和1.04%,连续差温轧制工艺最有利于心部变形,但是,需要进行道次间冷却才能维持厚板差温轧制所需的心表大温差的温度分布状态。10Ni5CrMoV厚板变形均匀程度依次为连续差温轧制>首道次差温轧制>均温轧制,连续差温轧制后内部晶粒明显细化、组织更均匀。连续差温轧制能有效促进变形向厚板心部渗透,这对均匀化组织、提高力学性能、改善质量具有重要意义。

大尺寸板材滚弯过程应力场特点分析

为了考察滚弯过程中下压量对板材应力应变的影响,建立了10Ni5CrMoV钢大尺寸钢板滚弯过程的二维平面应变动态有限元模型,分析了滚弯过程中板材的应力演变及残余应力的分布规律.结果表明:板材截面内厚度方向周向残余应力成拉-压-拉-压的"N"形分布,并且沿厚度方向可以分为5个应力状态各不相同的区域;随上压量的增加,沿板材厚度方向周向应力先增大后趋于一个定值;对于大尺寸板材的滚弯过程而言,用平面应变问题来处理,仍然能保持相当的精度,从而使得大尺寸板材滚弯过程的有限元模拟成为可能.

10Ni5CrMoV钢循环塑性变形的力学本构关系

针对屈服强度为785 MPa级别的调质态10Ni5Cr Mo V钢开展了系列应变幅的循环加载试验,并分析了循环应力应变特性,结果表明:循环塑性变形条件下表观弹性模量随应变幅的增大呈线性降低特点;循环塑性应变显著降低屈服强度,且屈服强度随应变幅的增大呈线性降低特点;塑性变形段的真应力和真应变塑性分量的对数呈良好的线性关系。基于上述结果提出了描述循环应力应变关系的单对数强化弹塑性本构关系模型σ=σp+χ·lgεp,并建立了10Ni5Cr Mo V钢循环应力应变本构方程。

板厚对10Ni5CrMoV钢Z向冲击功的影响

测试了系列板厚10Ni5CrMoV钢的Z向的冲击功,对其断口形貌进行了SEM观察,采用TEM对微观结构进行了分析。结果表明:随着板厚的增加,钢板心部的M23C6析出相增大增多,导致Z向冲击功降低。