铁素体/奥氏体不锈钢异种钢焊接接头的组织及性能研究

摘要

基于铁素体不锈钢的经济性和奥氏体不锈钢优良综合性能的优势，443铁素体/304奥氏体不锈钢异种钢的焊接可以充分利用铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢各自的优点，使得焊接构件在满足使用性能的同时大幅度降低生产成本。本文主要研究了ER309L和ER385两种奥氏体不锈钢焊丝做填充材料对443铁素体/304奥氏体不锈钢异种钢焊接接头的显微组织、力学性能和腐蚀性能的影响。
　　通过金相显微组织观察和XRD测试结果表明:当采用ER309L奥氏体不锈钢焊丝做填充材料时，焊缝显微组织由奥氏体+铁素体组成，且在焊缝的不同区域铁素体的形貌和含量存在明显的差异;而采用ER385奥氏体不锈钢焊丝做填充材料时，焊缝的显微组织为单一的奥氏体相，显微组织分布均匀，柱状晶分布明显。
　　通过显微硬度测试、拉伸性能测试和冲击韧性测试对焊接接头的力学性能进行综合研究分析。显微硬度分布与显微组织分布相一致，当采用ER309L奥氏体不锈钢焊丝作填充材料时，焊缝显微硬度变化较大，δ-铁素体含量和形貌对显微硬度有很大影响，针状的δ-铁素体分布较多的位置焊缝的显微硬度值明显提高，而采用ER385奥氏体不锈钢焊丝作填充材料时，焊缝显微硬度分布较为均匀，约为200Hv0.3，两侧热影响区的显微硬度较母材有所降低，但并未出现大幅度下降，两种焊接接头的显微硬度值均在熔合线附近发生明显的突变，最高硬度值出现在熔合线附近。与ER309L做填充材料的焊接接头（焊接接头A）相比，ER385做填充材料的焊接接头（焊接接头B）的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高了3％、7％和15％，断裂均发生在抗拉强度较低的443母材上，两种焊接接头的拉伸断口扫描图显示均为韧窝状的塑性断裂。在室温条件下，焊接接头的不同缺口位置均具有较高的冲击吸收功，而在-20℃条件下，443母材和热影响区的冲击吸收功急剧下降到个位数，分别为5J和3.4J，冲击试样的断口扫描图也完全呈现为脆性断裂;与焊接接头A的焊缝中心相比，焊接接头B的焊缝中心的冲击吸收功在室温和-20℃分别提高了10％和20％。
　　通过晶间腐蚀、盐雾腐蚀和电化学腐蚀检测了母材和焊接接头在不同的腐蚀环境下的耐腐蚀性能。通过硫酸-硫酸铜腐蚀试验检测焊接接头的耐晶间腐蚀性能，对晶间腐蚀后试样进行180°弯曲试验未发现有微裂纹的产生，焊接接头具有良好的晶间腐蚀性能。借助盐雾腐蚀试验设备在3.5％的NaCl溶液中模拟沿海环境中母材和接头的耐盐雾腐蚀性能，结果表明两种母材具有良好的耐盐雾腐蚀性能，腐蚀后试样表面只是轻微失去金属光泽，未有腐蚀产物;两种焊接接头沿着两侧焊趾分布着腐蚀产物，304、443、焊接接头A和焊接接头B的腐蚀速率分别为:7.71×10-8 g·mm-2·h-1、7.89×10-8g·mm-2·h-1、12.98×10-8 g·mm-2·h-1和11.75×10-8g· mm-2·h-1。在3.5％的NaCl溶液中的电化学腐蚀试验中通过极化曲线和电化学阻抗谱测试的试验参数表明母材和焊接接头耐腐蚀能力从强到弱依次为:焊接接头B、304母材、443母材和焊接接头A，通过腐蚀试样的SEM扫描图可知母材和焊接接头均未出现点蚀。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 异种金属的焊接特点及应用

1．2．1 异种金属焊接性分析

1．2．2 异种金属焊接的主要困难

1．2．3 异种金属焊接接头的应用

1．3 不锈钢与异种金属焊接的研究现状

1．4 本课题研究内容

第二章 试验材料、方法及设备

2．1 引言

2．2 试验材料

2．3 试验方法

2．3．1 焊接工艺

2．3．2 显微硬度测试方法

2．3．3 拉伸性能测试方法

2．3．4 冲击性能测试方法

2．3．5 晶间腐蚀性能测试方法

2．3．6 盐雾腐蚀性能测试方法

2．3．7 电化学腐蚀性能测试方法

2．4 分析仪器、表征方法

2．4．1 金相分析方法

2．4．2 XRD物相分析方法

2．4．3 SEM表征分析方法

2．5 本章小结

第三章 铁素体／奥氏体不锈钢异种钢焊接接头的组织分析

3．1 引言

3．2 焊接接头显微组织分析

3．2．1 母材显微组织分析

3．2．2 焊缝区显微组织分析

3．2．3 过渡区显微组织分析

3．2．4 热影响区显微组织分析

3．3 焊接接头的焊缝金属物相分析

3．4 本章小结

第四章 铁素体／奥氏体不锈钢异种钢焊接接头的力学性能分析

4．1 引言

4．2 焊接接头的显微硬度测试结果与分析

4．3 焊接接头的拉伸试验结果与分析

4．3．1 拉伸试验结果

4．3．2 拉伸试样断口扫描

4．3．3 拉伸试验结果分析

4．4 冲击试验测试结果及与分析

4．4．1 冲击试验结果

4．4．2 冲击试样断口扫描

4．4．3 冲击试验结果分析

4．5 本章小结

第五章 铁素体／奥氏体不锈钢异种钢焊接接头的腐蚀性能分析

5．1 引言

5．2 晶间腐蚀试验结果与分析

5．2．1 晶间腐蚀试验结果

5．2．2 晶间腐蚀试验结果分析

5．3 盐雾腐蚀试验结果与分析

5．3．1 盐雾腐蚀试验结果

5．3．2 盐雾腐蚀试验结果分析

5．4 电化学腐蚀试验结果与分析

5．4．1 极化曲线测试试验结果

5．4．2 电化学交流阻抗测试试验结果

5．4．3 电化学腐蚀试样扫描分析

5．4．4 电化学腐蚀试验结果分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

参与的科研项目与研究成果