毕业论文低温钢及其焊接性研究 2.2

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1、江苏科技大学继续教育学院毕业论文（设计）继续教育学院毕业论文（设计）论文题目：低温钢及其焊接性研究专业：焊接技术与工程姓名：陈爽学号：133111671042指导教师：王学明二零一五年五月江苏科技大学继续教育学院毕业论文（设计）低温钢及其焊接性研究摘要低温钢是指适于在-20℃以下应用的合金钢。能在-196℃以下使用的，称为深冷钢或超低温钢。GB150.3-2011附录E规定：“碳素钢和低合金钢制低温容器（设计温度低于-20℃）的设计。对于奥氏体型钢材制低温容器压力容器（设计温度低于-196℃）的设计，按相关规范标准处理”。随着石油和天然气工业、煤化工等现代工业的发展，新工艺、新设备不断

2、出现，气体液化、分离、贮存及应用在各国已很普遍，这些低温技术和设备的开发促进了低温压力容器用钢的发展以及这些低温钢焊接性的研究。关键词:低温钢；焊接性；焊接工艺；低温韧性江苏科技大学继续教育学院毕业论文（设计）目录0课题背景11低温钢的分类12影响材料低温脆性的因素12.1晶体结构的影响12.2化学成分影响22.3显微组织结构32.4加工硬化的影响32.5应力状态的影响32.6加载速率的影响33低温钢焊接工艺43.1焊前准备43.2焊接过程53.3焊后热处理64低温钢的焊接方法753.5Ni钢的焊接试验75.1焊条电弧焊75.2埋弧自动焊85.3钨极氩弧焊85.4焊后热处理及冲击试验数

3、据9结论10致谢11参考文献12江苏科技大学继续教育学院毕业论文（设计）0课题背景20世纪30年代以来,国外发生过多次桥梁构件脆断的事故。分析表明,金属或合金在低于某个临界温度的条件下,韧性急剧降低、材质变脆。随着科学技术的发展,为了适应低温的要求,人们研制了各种低温钢。它的出现是对能源和现代化的一大贡献。1932年美国发明了在-46℃低温下使用的2.5％镍钢。之后，又发展了在-101℃低温下使片的3.5％镍钢，并纳入ASTM标准。此后德国、法国比利时和日本等国家也将3.5％镍钢分别纳入各自标准中。1944年美国国际镍公司研制出可使用-196℃的9％镍钢。经过长时期的研制和应用，逐渐形

4、成了含有0.5％、2.5％、3.5％、5％、9％镍等完整镍钢系列。低温钢的出现.有力地推动了低温领域科等和技术的进步。国内低温钢的研究起步较早,从1958年起,就开始研究具有中国特色的铁锰铝钢。在60年代为了节省资源,立足本国,曾按照节镍铬的主导思想。研究出不少低温钢种,可分别工作于-70～-90℃及更低的温度。我国低温钢现行标准GB3531《低温压力容器用低合金钢板》。1低温钢的分类低温钢主要包括镍铬合金钢、碳锰硅钢。通常根据合金化原理、环境温度、组织及合金系统中的镍、铬元素含量将低温钢进行分类。按合金化原理分类有低温铝镇静钢、镍系低温钢、低温奥氏体不锈钢；按温度等级分类有-20℃~

5、-40℃、-50℃~-80℃、-100℃~-110℃、-196℃~-269℃；按组织及合金系统的有低合金铁素体钢、中合金低碳马氏体钢、高合金奥氏体钢；按是否含镍元素又可以分为有镍低温钢和无镍低温钢。2影响材料低温脆性的因素2.1晶体结构的影响体心立方金属及其合金存在低温脆性，而面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性。屈服强度σs随温度的变化与材料本性有关。具有体心立方结构或密排六方结构的金属或合金的屈服强度σs对温度变化十分敏感，温度降低，σ12江苏科技大学继续教育学院毕业论文（设计）s急剧升高，故与抗拉强度σc相交于一点，该点对应的温度既为Tk。高于Tk时，σc﹥σs，材料受载后先屈

6、服再断裂，为韧性断裂；低于Tk时，外加应力首先达到σc，材料表现为脆性断裂。面心立方结构材料的σs′随温度的下降变化不大，故脆性断裂现象不明显。如图1图1σs、σc和σs′随温度变化示意图2.2化学成分影响钢的纯净度是影响韧性的关键因素，微量的磷、硫、砷、锡、铅、锑等元素及氮、氧、氢等气体的存在，对钢的韧性起有害作用。其中磷、硫最为常见，在钢材相应的标准中基本都规定了磷、硫的最大含量。磷、硫可以显著的降低钢材的低温韧性，倘若母材和焊接材料中磷、硫含量很低的话，不管拘束条件如何苛刻，都不至于产生裂纹。碳对低温韧性影响影响明显，随着碳含量增加，钢的韧脆转变温度急剧上升。因此，低温钢的碳含量

7、多限制在0.2％以下。国外有一种发展低碳（小于0.15％）或微碳（小于0.06％）的趋势。锰是扩大奥氏体区的元素，在钢种加入锰元素可明显改善脆性。降低碳含量，提高锰碳比（Mn/C），钢的韧脆转变温度降低。已经研制出了多种高锰无镍奥氏体不锈钢，来节约镍元素。镍提高钢材低温韧性的作用优于锰。钢中含镍量（质量分数）每增加1%,韧脆转变温度约降低10%。含镍3.5%的钢在-100℃仍保持良好的韧性，含镍9%的钢可以耐-196℃低温。12江苏科技大学继续