【摘 要】
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铁素体/奥氏体双相不锈钢在海洋工程、石油化工、核电等多个国家重点能源领域具有广阔的应用前景。焊接是双相钢推广应用不可或缺的加工制造环节。本文以S32205双相钢钨极氩弧焊(GTAW)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)以及电子束焊(EBW)接头为研究对象,系统地研究了接头各微区的组织特征对力学性能和耐局部腐蚀性能的影响机制,为双相钢焊接工艺优化、组织控制等方面提供科学依据与理论支撑,具有重要的科学与工程应
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铁素体/奥氏体双相不锈钢在海洋工程、石油化工、核电等多个国家重点能源领域具有广阔的应用前景。焊接是双相钢推广应用不可或缺的加工制造环节。本文以S32205双相钢钨极氩弧焊(GTAW)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)以及电子束焊(EBW)接头为研究对象,系统地研究了接头各微区的组织特征对力学性能和耐局部腐蚀性能的影响机制,为双相钢焊接工艺优化、组织控制等方面提供科学依据与理论支撑,具有重要的科学与工程应用价值。本文的创新性研究工作有:(1)对比研究了纯Ar和98%Ar+2%N2保护GTAW接头各微区的组织特征及其对力学性能和耐局部腐蚀性能的影响机制。与接头其它微区相比,高温热影响区中铁素体含量远高于奥氏体并伴随Cr2N和σ相析出,因此硬度较高、韧性和耐点蚀性能较低,是接头的薄弱区域。添加2%N2增加了焊缝和高温热影响区中奥氏体含量和N原子在奥氏体内的固溶量,并有效抑制了Cr2N和σ相在焊根处析出,从而提高了接头各区域的硬度、韧性、强度、耐点蚀性能和耐应力腐蚀性能。(2)阐明了FCAW接头各微区的组织与力学性能和耐局部腐蚀性能的内在联系。与GTAW相比,FCAW显著提高了焊接效率,但由于焊缝中引入了大量O-Ti-Si-Mn夹杂,严重恶化了焊缝的韧性、塑性、耐点蚀性能以及耐应力腐蚀性能。(3)深入分析了γ2和Cr2N的交互作用、Cr2N析出与贫Cr区形成的关系以及Cr2N在铁素体与γ2边界的再次析出行为,进而阐明了双相钢多层多道GTAW和FCAW高温热影响区中γ2和Cr2N的协助析出机制。(4)探索了EBW过程对双相钢接头组织、力学性能和耐局部腐蚀性能的影响机制。EBW致使焊缝中形成过量的铁素体、明显的铁素体织构、大量的Cr2N以及显著的枝晶偏析等不利组织,极大地降低了焊缝的韧性和耐点蚀性能。此外,优化热输入对于改善EBW焊缝组织、韧性和耐点蚀性能的效果不明显。(5)研究了固溶温度对EBW接头两相比例、元素分布、二次相溶解、不同类型奥氏体与铁素体相间边界特征等方面的影响规律,阐明了组织特征与力学性能、点蚀规律之间的内在联系,进而明确了1080oC为最优的固溶温度。(6)揭示了双相钢接头组织对局部腐蚀行为的影响机制。耐点蚀性能主要由弱相的耐点蚀指数、Cr2N和σ相的析出情况、微观偏析以及夹杂等因素共同决定。应力腐蚀主要由塑性变形和铁素体选择性腐蚀二者协同控制。
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