三种电焊条熔敷金属的冲击韧性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着工业技术的快速发展，军工行业、海上采油平台、工程机械等领域对使用的钢材料的综合机械性能的要求日益严苛。对此，人们研究出了许多性能优异的高强钢来满足使用要求。除了钢材本身的性能优异外，焊接加工对高强度结构钢的使用性能也有着很大的影响。以三峡电站700mw混流式大型水轮机不锈钢转轮为例，其工作运行的条件极为苛刻，需要承受高水头有压水流的冲击和泥沙冲蚀。人们虽然研发并使用了强度、塑性和韧性指标都非常高的钢zg0cr13ni4mo作为转轮材料，但由于焊接冶金是一个不平衡过程，具有加热不均匀、升温速度快、冶炼温度高、冷却速度快等特点，易导致焊缝金属中过度产生低韧性组织，使性能变差。试验与实践表明，目前水轮机上普遍采用的电弧焊焊缝金属的冲击韧性不足母材的2/3，这是水轮机的薄弱环节。因此，如何在满足强度要求的同时提高熔敷金属的韧性，一直是焊接工作者研究的热点课题之一。相较于国外研发的电焊条种类全面、焊接性能优良，国内研发出的电焊条与国外还有很大差距。为了保证产品的焊接质量，此类电焊条大都依赖进口。然而，进口焊接材料不但价格昂贵,而且进口渠道复杂,需要消耗大量的人力物力，因此国内对研制出能使熔敷金属强度高且韧性优良的电焊条有着迫切的需求。

熔敷金属的组织状态是影响熔敷金属强度和韧性的一个重要因素，熔敷金属由于合金化程度和冷却速度的不同，可以得到不同的组织形式。熔敷金属常见的显微组织大体上有先共析铁素体（pf）、侧板条铁素体（fsp）、针状铁素体（af）、贝氏体（b）和马氏体（m）等。其中先共析铁素体和侧板条铁素体对熔敷金属的韧性极为不利，易使裂纹产生和扩展，应尽量避免该类组织的生成。而相邻针状铁素体的晶界为大角度晶界，每个晶界对裂纹的扩展都起到了阻碍的作用，而且针状铁素体晶粒细小，取向自由，这种组织的铁素体条相互交叉，使裂纹扩展路径曲折，裂纹跨越针状铁素体需要消耗较高的能量，可以有效阻止裂纹扩展，因而针状铁素体能在保证强度的同时大大提高熔敷金属的韧性，是有效强韧化焊缝的理想组织。研究表明，针状铁素体组织越细小，在熔敷金属组织中占的比重越大，对熔敷金属的综合力学性能越有利。如果焊缝金属中针状铁素体组织的含量大于65%，并且平均晶粒尺寸约1μm左右时，焊缝金属就可以获得良好的综合力学性能。因此，我们应促进熔敷金属组织中针状铁素体的生成，使其在熔敷金属组织中占有理想的百分比。

合金成分对熔敷金属的组织状态有重要的影响，人们往往通过选择合适的合金成分来对熔敷金属的组织状态进行调控。其中mn和ni是影响熔敷金属组织和性能的两种重要的合金元素。mn在焊接过程中既可以作为脱氧剂，具有脱氧的作用，又可以过渡到焊缝中，具有固溶强化和细化晶粒的作用，可以显著提高熔敷金属的力学性能。mn是奥氏体稳定化元素，能降低γ→α相转变温度，抑制晶界铁素体的形成。在一定范围内,随mn含量的增加，焊缝金属中针状铁素体含量显著增加，先共析铁素体含量明显减少。有实验表明，随mn含量的增加，熔敷金属的屈服强度和抗拉强度呈线性增加，每增加0.01%的mn，可使熔敷金属的屈服和抗拉强度增加10mpa左右。ni也是奥氏体稳定化元素，ni能通过细化铁素体相晶粒来改善钢的综合力学性能，尤其是低温韧性。ni的固溶强化作用能提高熔敷金属的强度，是唯一能降低冲击转变温度，提高低温冲击韧性的合金元素。当焊缝金属中含有mn时，ni还能降低相变温度的作用，有利于针状铁素体的形成。有实验表明，当ω（ni）≤4%时，随着ni含量的增加，能有效抑制熔敷金属中先共析铁素体的产生，促进针状铁素体的形核，且组织也逐渐变得均匀细小。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究目标

mn和ni是影响熔敷金属组织和性能的重要因素。本课题与某公司合作完成，由他们制作三组电焊条，每组电焊条药皮中mn含量相同（3%）、ni含量不同。通过对这三组电焊条熔敷金属组织和冲击韧性研究，得到在规定强度范围内，药皮中mn含量为3%时，ni含量变化对熔敷金属韧性的影响，确定出ni的最佳含量，为焊缝金属强韧性的研究提供参考。

2.2 基本内容

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需要的原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－5周：碳钢表面堆焊，制备熔敷金属。

第6－7周：制备金相样品。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李宁.低合金高强钢 e7015 的优化研究[d].江苏：江苏科技大学，2006：4-16

[2] 刘昊.低合金高强钢熔敷金属组织与性能的研究[d].上海：上海交通大学，2012：1-5

[3] 蔡养川，罗震.高强钢焊条中ni含量对焊缝组织和性能的影响[j].焊管，2015,38(4)：5-10