特超級雙相不銹鋼SAF2707攪拌摩擦焊接頭組織與性能研究.pdf

1、特超級雙相不銹鋼(Hyper Duplex Stainless Steel,簡稱HDSS)作為第四代雙相不銹鋼，具有比現(xiàn)有的超級雙相不銹鋼更加優(yōu)異的力學性能和耐蝕性能，點蝕當量接近50，服役溫度接近90℃，此外屈服強度值可以達到800MPa，被廣泛應用于深海石油和天然氣開采領域。同時，作為一種結構材料，焊接性的優(yōu)異與否決定了其能否在工程領域的推廣。HDSS是雙相不銹鋼的發(fā)展延伸物，其在熔焊過程中也會出現(xiàn)雙相鋼熔焊過程中常見的問題，加上自

2、身高合金化容易析出有害相，這些問題制約了其優(yōu)異性能的實現(xiàn)。攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding,簡稱FSW）作為一種創(chuàng)新型焊接技術——固相連接，具有焊接峰值溫度低、冷速快和適用性強等優(yōu)點，近幾年在低合金鋼和不銹鋼領域得到了大規(guī)模推廣，有效地解決了不銹鋼特別是雙相鋼熔焊過程中的缺點，其在雙相不銹鋼焊接過程中展現(xiàn)了很大的潛力。因此，本文將開展HDSS的攪拌摩擦焊試驗，研究不同焊接工藝對焊接件性能的影響，旨在為HDSS的工程

3、應用推廣提供一個極具潛力的焊接方法。
　　FSW過程中，工藝參數(shù)的選取為固定的行進速度υ=100mm·min-1，及四個不同的攪拌頭旋轉速度，分別為ω=200rpm，300rpm，400rpm和500rpm。利用金相顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、X-ray衍射儀（XRD）及電子背散衍射儀(EBSD)，分析和研究對接接頭微區(qū)組織變化及析出相情況。利用顯微硬度測試和拉伸測試來評價對接接頭焊接件力學性能，利用動電位極化曲線及阻抗譜

4、測試來評價FSW接頭腐蝕性能。通過對焊接件顯微組織變化分析、力學性能分析和腐蝕性能分析，來達到工藝的最優(yōu)化設計和焊接性的深入了解，探討FSW焊接HDSS的適用性。其主要結論如下：
　　不同旋轉速度下對接接頭的焊接件均有少量變形，焊接接頭表面沒有出現(xiàn)明顯的溝槽狀缺陷，有少量飛邊。但是，與其他旋轉速度下平整光滑表面相比，200rpm焊縫表面有些部位波峰之間填充不足、成形性差。焊接接頭截面宏觀形貌觀察表明，對接接頭可以分為三個區(qū)域：焊核

5、（SZ），熱機影響區(qū)（TMAZ）及母材（BM），沒有明顯的熱影響區(qū)（HAZ）。焊核區(qū)域位于FSW對接接頭中心部分，兩相組織發(fā)生了明顯的細化。但是，整個焊核區(qū)域兩相晶粒尺寸表現(xiàn)出了非均質性。熱機影響區(qū)分布在SZ區(qū)外側很窄的范圍，依據(jù)焊接過程中攪拌針兩側熱塑性材料流變行為的不同，分為前進側TMAZ和返回側TMAZ。焊核區(qū)EBSD分析表明，焊核區(qū)兩相組織發(fā)生細化的原因是焊核區(qū)發(fā)生了動態(tài)再結晶，奧氏體相晶粒細化的程度要大于鐵素體。焊根底部顯微組

6、織觀察表明，200rpm和300rpm焊根底部出現(xiàn)了一定量的析出相，且200rpm焊根底面存在“假象連接”。四個旋轉速度下，截面連接致密，沒有出現(xiàn)空洞和內部缺陷。
　　對接接頭的硬度值要高于母材，硬度最大值位于焊核，且隨著轉速值降低，接頭平均硬度值增大。單個轉速下，從母材到焊核區(qū)，硬度值逐漸增大，變化最大部分出現(xiàn)在熱機影響區(qū)。200rpm和300rpm工藝下焊接件都斷裂在焊核，400rpm和500rpm斷裂在靠近熱機影響區(qū)的母材區(qū)

7、域。除200rpm以外，焊接件的強度指標要大于母材。焊接件與母材相比力學性能的變化表明，焊接接頭與母材是高強匹配。宏觀斷口掃描電鏡研究發(fā)現(xiàn)，200rpm斷口為脆性斷口，其他焊接工藝下斷口都由大小不一的韌窩構成。
　　借助動電位極化曲線和阻抗譜來評定FSW接頭的耐蝕性能，發(fā)現(xiàn)除200rpm外，焊核表面耐蝕性均能達到或者優(yōu)于母材的耐蝕性能，且隨著攪拌速度降低，焊核表面耐蝕性能更加優(yōu)異。200rpm焊核表面顯微組織研究發(fā)現(xiàn)，由于焊接熱輸