文档介绍：江苏科技大学
硕士学位论文
18Ni系马氏体时效钢补焊材料与工艺研究
姓名:蔡啸涛
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:徐玉松
2011-03-19
摘要
摘要
18Ni 系马氏体时效钢是以无碳(或超低碳)铁镍马氏体为基体,经时效处理后获得
金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。该类钢种在固溶态下具有良好的成形性,在时
效处理过程中尺寸变化很小,时效处理后具有高强韧性的特点。
18Ni 系马氏体时效钢经常应用于舰船、飞机、海洋石油钻井平台等的关键性部位,
承受高应力载荷并在腐蚀环境下工作,焊缝区域可能产生裂纹并导致一系列严重的问
题。如何在紧急情况下对裂纹或局部破损进行补焊,便成为一个很有实际意义的研究
课题。文章介绍了 18Ni 马氏体时效钢的焊接方法、焊接性,试制了一种用于补焊的焊
条,研究了 18Ni 马氏体时效钢补焊焊条的焊接工艺和焊后热处理工艺,分析了合金元
素对熔敷金属性能的影响并进行了焊接接头的力学性能试验。
国内外同类马氏体时效钢焊接材料分为手工电弧焊焊条、实心焊丝加合金粉末和
药芯焊丝埋弧堆焊等,主要用于金属模具表面堆焊。马氏体时效钢焊接性良好,主要
的焊接方法有钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、电子束焊、电阻电焊等,与焊条电弧
焊相比,焊接质量较高。关于 18Ni 系马氏体时效钢补焊焊条的研究较少,然而焊条电
弧焊具有设备简单、方法简便灵活、适应性强、适合各种空间位置及不规则的焊缝等
优点,是较为理想的补焊方法,因此该类焊条具有一定的发展潜力和应用前景。
本文研制的 18Ni 系马氏体时效钢补焊焊条工艺性能优良,焊接时飞溅小,焊缝气
孔敏感性低;堆焊试板的焊态熔敷金属硬度较低,为 30~35HRC,时效后硬度有大幅
度的提高,最高能达到 54HRC 以上;对接焊的焊缝熔敷金属化学成分、硬度值、抗拉
强度、抗裂性基本达到;试验结果表明用 AT#型焊条进行现场
补焊的方法是可行的。
新研制的焊条焊后的熔敷金属经过固溶处理后,组织分布更均匀,硬度值普遍低
于焊态,经过时效后的硬度值有较大幅度的提高,且各部分硬度平均值相差不大。合
适的固溶处理工艺为 820℃×1h,最佳的时效处理工艺为 500℃×3h。本文由于考虑到
实际补焊中固溶处理的操作难度,因此采用焊态直接时效的热处理方法。
通过调整焊条中的 Ti、Al、Mo 合金元素含量,以期获得最佳的熔敷金属力学性
能,通过研究发现:随着 Ti 含量的增加,堆焊层硬度也随着增大,在焊芯含 Ti 量为
%左右时,堆焊层硬度达到最大值,熔敷金属的抗拉强度随着 Ti 含量的增加不断提
高,延伸率和冲击功先增大后减小;随着含 Al 量的增加,熔敷金属抗拉强度不断增大,
延伸率和室温冲击功明显下降。
通过微观分析,证明研制焊条熔敷金属中起强化作用的主要是 Ni3Ti、Ni3Al、
I
摘要
Ni3(Ti,Al)等金属间化合物。
关键词:18Ni 马氏体时效钢;焊条电弧焊;焊条;补焊
II
Abstract
Abstract
18Ni maraging steel is a kind of ultra-high strength steel strengthened by ageing
precipitation hardening on Fe-Ni martensite matrix which is carbon-free or extra-low carbon.
It has excellent formability before ageing treatmentand almost non-deforming during aging,
after aging the steel has high strength and high toughness.
18Ni maraging steel is often used in ponents of ship, aircraft,
offshore-oil-drilling platform, etc. ponents bear high stress and work in corrosive
environment, weld area may crack and cause a lot of serious problems. How to repair weld
cracks and breaka