超级双相不锈钢S32760是一种强度高、耐腐蚀性优良的工程用钢,作为海上石油开采设备用材具有良好的发展前景。海洋中因台风、潮汐、洋流等引起的交变载荷作用在工作设备上,在经过一定的积累后,导致材料产生疲劳破坏;另一方面,海水中富含各种盐分,一些陆上性能表现良好的材料由于海水的强腐蚀性导致力学性能出现大幅下降,特别是海水中高浓度氯化物的存在,导致材料产生腐蚀疲劳,腐蚀介质的参与进一步加速了疲劳裂纹的扩展速率。基于此,本文通过旋转弯曲疲劳试验对空气中和3.5%Na Cl溶液中两种不同环境下超级双相不锈钢S32760的疲劳性能进行研究,测定其疲劳极限和应力寿命曲线,研究其疲劳失效机理,为S32760不锈钢结构件进行抗疲劳设计、疲劳寿命预测和改进工艺提高其抗疲劳性能提供可靠的依据。研究内容与结论如下:(1)通过小子样升降法测得超级双相不锈钢S32760在空气中的疲劳极限为556.667MPa,疲劳比为0.54;在3.5%Na Cl中的疲劳极限为490MPa,疲劳比为0.47。与空气中的疲劳极限相比,下降了66.667MPa,降幅约为12%。(2)通过成组法测定S32760的S-N曲线。在Origin中拟合出空气中S-N曲线的幂函数表达式为S=1055.4285N-0.04136,3.5%Na Cl溶液中为S=832.12404N-0.03367,两种工况下的S-N曲线在单对数坐标上均呈直线分布。(3)空气中断口的扫描电镜分析显示,钢铁中夹渣及所附带疏孔比夹杂物更容易导致裂纹萌生,对材料疲劳性能的削弱强于夹杂物。疲劳裂纹进入扩展的第I阶段后,奥氏体相和部分铁素体相滑移断裂,二次相σ相和部分铁素体相解理断裂。裂纹由奥氏体相经二次裂纹扩展到铁素体相后,扩展速率下降并不完全由强度增加引起,二次裂纹引起的裂纹扩展速率减缓也是原因之一。疲劳裂纹扩展中,多样化裂纹的扩展机制有利于减小扩展速率。S32760的疲劳断面上,大多为滑移、撕裂楞和韧窝等韧性断裂特征,脆性的解理断裂比较少见,无晶间断裂出现。(4)3.5%Na Cl溶液中,超级双相不锈钢S32760腐蚀疲劳断口的疲劳源来自冶金过程中残留的杂质,其中硅酸盐、Ca S和Al2O3组成的杂质由交变载荷作用导致裂纹萌生,残留的脱氧剂Al由电化学腐蚀作用导致裂纹萌生。Na Cl溶液促使双相不锈钢中的铁素体由滑移断裂向解理断裂转变,使双相不锈钢的脆断增加。疲劳裂纹扩展第II阶段,疲劳裂纹在奥氏体中的扩展速率大于铁素体中的扩展速率。裂纹的扩展以穿晶断裂的方式为主,腐蚀疲劳中常见的晶间断裂仅在与轧面平行的二次裂纹处产生。超级双相不锈钢S32760在3.5%Na Cl溶液处于钝化状态,不会产生稳定的电化学腐蚀,但会加快疲劳裂纹在金属基体内部扩展的速率。