雙相不銹鋼焊縫組織演變與腐蝕行為研究.pdf

1、雙相不銹鋼的微觀組織由鐵素體(α)與奧氏體(γ)兩相構(gòu)成，結(jié)合了鐵素體和奧氏體兩種不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)。它的優(yōu)良性能取決于其微觀組織，鐵素體與奧氏體兩相比例接近1:1，且無(wú)有害二次相析出。然而焊接過(guò)程破壞了雙相不銹鋼的微觀組織，從而惡化了雙相不銹鋼的性能尤其是其優(yōu)良的鹵素離子環(huán)境下局部腐蝕抗力。雙相不銹鋼在400℃～1300℃溫度范圍內(nèi)除鐵素體和奧氏體兩相外還包括σ，χ，M23C6，Cr2N，γ2，α'等眾多析出相。在雙相不銹鋼高溫?zé)崽幚磉^(guò)程中

2、(1000℃～1250℃)，存在兩相比例的調(diào)整與合金元素在兩相分配等問(wèn)題，在中溫?zé)崽幚磉^(guò)程中(600℃～1000℃)，存在眾多析出相的析出動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。焊接的溫度范圍從室溫到熔點(diǎn)(1500℃以上)覆蓋了雙相不銹鋼高溫過(guò)程與中溫過(guò)程，因此即存在兩相平衡又存在各類(lèi)析出相的析出問(wèn)題。除此之外，焊接過(guò)程不同于一般熱處理的特殊之處體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：a.焊縫熔合區(qū)是一個(gè)冶金凝固過(guò)程；b.焊縫所經(jīng)歷的熱過(guò)程是一個(gè)快速變溫過(guò)程；c.焊縫所經(jīng)歷的熱循環(huán)不

3、僅與焊接參數(shù)有關(guān)而且與熱影響區(qū)的位置有關(guān)；這些焊接過(guò)程特殊性進(jìn)一步加劇了雙相不銹鋼焊縫微觀組織的復(fù)雜性。焊接過(guò)程復(fù)雜性與焊縫組織復(fù)雜性使得雙相不銹鋼焊接研究非常困難。
　　 本論文研究了利用Gleeble熱模擬機(jī)模擬熱影響區(qū)所經(jīng)歷的熱循環(huán)過(guò)程與實(shí)際焊接過(guò)程中雙相不銹鋼微觀組織演變過(guò)程包括相比例、合金元素在兩相分配、二次有害析出相等問(wèn)題，建了一系列針對(duì)雙相不銹鋼焊縫復(fù)雜組織局部腐蝕評(píng)價(jià)新方法與技術(shù)(包括臨界點(diǎn)蝕溫度、脈沖電位技術(shù)、

4、亞微米點(diǎn)蝕電流波動(dòng)技術(shù)、雙環(huán)電化學(xué)再活化法)揭示了復(fù)雜組織的弱相區(qū)，闡明了焊接工藝熱處理制度、組織演變與腐蝕規(guī)律三者之間的內(nèi)在聯(lián)系，為雙相不銹鋼焊接制度優(yōu)化、成分優(yōu)化、組織控制、焊后熱處理制度優(yōu)化等眾多方面提供科學(xué)依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐，具有重要的科學(xué)與工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 (1)論文首先系統(tǒng)研究了超級(jí)雙相不銹鋼2507在等溫?zé)崽幚磉^(guò)程中包括高溫固溶(1000℃～1200℃)與中溫時(shí)效(900℃)微觀組織演變與相應(yīng)的腐蝕規(guī)律。闡明了高溫

5、區(qū)間兩相比例、合金元素分配與點(diǎn)蝕規(guī)律之間的內(nèi)在聯(lián)系，確定了最優(yōu)化的高溫固溶制度在1080℃。建立了超級(jí)雙相不銹鋼2507晶間腐蝕敏感性快速電化學(xué)評(píng)價(jià)方法DLEPR，并通過(guò)DLEPR揭示晶間腐蝕敏感性與中溫敏化過(guò)程金屬間析出相(σ，χ)析出動(dòng)力學(xué)之間關(guān)系。研究表明2507晶間腐蝕敏感度Ra隨著900℃時(shí)效時(shí)間增加先增加后下降，在4h時(shí)Ra達(dá)到最大17％。Ra先增加是由于σ相析出增多產(chǎn)生更多貧鉻二次奧氏體相γ2導(dǎo)致，下降是由于鉻元素?cái)U(kuò)散自修

6、復(fù)效果所致。
　　 (2)利用Gleeble熱模擬機(jī)模擬焊接熱循環(huán)變溫過(guò)程對(duì)經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼2304與超級(jí)雙相不銹鋼2507微觀組織演變及相應(yīng)的點(diǎn)蝕規(guī)律。系統(tǒng)研究了熱輸入或1350～800℃冷速對(duì)低合金和高合金兩種雙相不銹鋼微觀組織與點(diǎn)蝕規(guī)律的影響；研究了多道焊接熱循環(huán)過(guò)程中兩種2304雙相不銹鋼微觀組織演變與點(diǎn)蝕行為，闡明了焊接道數(shù)、合金成分，微觀組織和點(diǎn)蝕抗力之間的內(nèi)在聯(lián)系；研究了合金成分對(duì)雙相不銹鋼2304高溫?zé)嵊绊憛^(qū)組織

7、演變與腐蝕規(guī)律的影響，闡明了高溫?zé)嵊绊憛^(qū)點(diǎn)蝕性能和組織演變與鉻鎳當(dāng)量比值的內(nèi)在聯(lián)系，最終對(duì)2304合金成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 (3)研究三種實(shí)際雙相不銹鋼焊縫(等離子體弧焊縫、激光焊焊縫和鎢極氬弧焊焊縫)復(fù)雜微觀組織與點(diǎn)蝕性能，揭示了復(fù)雜焊縫組織中最弱區(qū)域?yàn)楦邷責(zé)嵊绊憛^(qū)的鐵素體相，并闡明了點(diǎn)蝕性能下降本質(zhì)原因是焊接非平衡過(guò)程中擴(kuò)散不充分高溫?zé)嵊绊憛^(qū)的鐵素體相中鉻與鉬含量較母材低，并對(duì)比研究三種焊縫的差異。針對(duì)點(diǎn)蝕抗力下降明顯的