高氮钢MIG焊焊缝增氮及接头组织性能研究

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1、硕士学位论文高氮钢MIG焊焊缝增氮及接头组织性能研究THERESEARCHOFADDINGNITROGENTOWELDEDMETALANDMICROSTRUCTURE&PROPERTIESOFHIGHNITROGENSTEELMIGWELDEDJOINT刘昂哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TG444学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文高氮钢MIG焊焊缝增氮及接头组织性能研究硕士研究生：刘昂导师：范成磊副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材

2、料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG444U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERESEARCHOFADDINGNITROGENTOWELDEDMETALANDMICROSTRUCTURE&PROPERTIESOFHIGHNITROGENSTEELMIGWELDEDJOINTCandidate：LiuAngSupervisor：Prof.FanChenglei

3、AcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高氮奥氏体不锈钢中因固溶过饱和的氮元素而具备良好的力学性能，抗拉强度高、耐腐蚀性好、加工硬化

4、能力强；同时利用氮作为奥氏体化元素，可节省大量的贵重的镍元素。高氮钢应用前景广阔，然而一种钢材能否应用还取决于其是否具有良好的焊接性。研究表明，高氮钢的焊缝和热影响区易出现氮损失现象，使接头力学性能降低，如何解决上述问题，使接头保持这种不锈钢的力学性能，是高氮钢能否广泛使用的关键。针对上述问题，本文利用MnN颗粒使焊缝合金化和优化保护气体开展了MIG焊试验，母材分别为轧制态的16mm厚板和3mm厚固溶态薄板，所用焊丝为HCr20Ni10Mn7Mo，研究了不同条件下焊接接头的组织和性能。试验结果表明，对于所

5、采用的焊丝，在常规工艺下熔敷所获得的组织为奥氏体和树枝状分布的δ-铁素体，添加适当量的MnN可获得单一的奥氏体组织，对其氮元素含量进行测定，发现添加MnN粉末后焊缝氮含量可达0.3%左右，利用XRD等分析，结果表明氮元素以固溶态存在；利用该工艺对高氮钢薄板进行MIG对焊，接头的抗拉强度提升80MPa，并且保持了良好的塑韧性。对保护气体进行优化，结果表明在保护气体中加入少量的氧化性气体，可使熔敷金属中氮元素的含量得到明显的提升，但对其作用机理，仍需进行进一步的研究；对高氮钢薄板进行试验，结果表明保护气中氮气

6、分压高，所得焊缝中氮元素较多，接头抗拉强度较高，最高可达830MPa；对热影响区的氮含量测定表明，热影响区存在氮元素损失的现象，主要以气孔形式存在于晶界，但并不严重，其力学性能降低的主要原因为组织粗化，同时表明保护气中添加氮气不能阻止热影响区氮的损失。对轧制态的厚板开双V型坡口进行MIG焊，焊后对热影响区的组织分析，结果表明，因在氮化物析出敏感温度区间停留时间较短，未出现Cr2N等，但发生回复再结晶，经轧制出现的带状织构消失，形成六边形的奥氏体组织，同时出现大量的退火孪晶组织；对接头进行冲击试验，结果表明

7、熔合区为接头力学性能的薄弱环节，对断口分析表明熔合区中存在有氮化物析出产生的硬脆相。关键词：高氮钢；MnN；保护气体；合金化；组织；性能-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsforthesolidsolutionofnitrogenelement,highnitrogenausteniticstainlesssteel(HNS)hasoutstandingmechanicalpropertiessuchashightensilestrength,goodcorrosionresistan

8、ceandworkhardeningability.Atthesametime,nitrogencanbeusedasanaustenitizingelements,replacingNielementtoobtainausteniticsteel.Highnitrogensteelwouldbewidelyappliedinmanyfieldsifithaswellweldability.However,currentstu