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近年来,铁素体钢/奥氏体钢的异相焊接被广泛用于石油化工、核电能源、海洋工程等工业领域,是一种兼具功能性与经济性的钢结构连接方案。迄今为止,异相钢焊接一直未解决的关键难题之一是:焊缝与焊接热影响区的成分不一致,使焊后热处理难以同时改善这两个区域的性能。以此为主攻方向,在本论文对应的研究工作中,采用自熔焊和添加焊等两种电子束焊连方式,实现了低活化铁素体钢(国产CLAM钢)与奥氏体不锈钢(316L)的异相焊接。通过对焊接工艺和焊后热处理方案的改进,兼顾了焊缝与焊接热影响区的力学性能,并跟踪观测了焊接和焊后热处理过程中显微组织的形成与演化,获得以下结果:(1)发现在异相不锈钢焊缝金属的同一 δ铁素体晶粒中,与母相δ铁素体分别呈现K-S取向关系及无理取向关系的γ晶粒可以同时出现。提出了一个涉及强热激活与高冷速联合作用的部分再结晶机制解释了这一现象。进一步发现当δ/γ两相之间呈现K-S取向关系时,γ相在随后冷却过程中发生的γ→α相变中倾向于转变为全板条马氏体;而当δ/γ两相之间呈现无理取向关系时,γ相在随后的γ→α相变中倾向于生成部分多边形的α相,可用于减轻焊缝金属的硬化趋势。(2)发现异相自熔焊接接头中奥氏体钢一侧无热影响区,热影响区集中于铁素体钢一侧。焊接热影响区与焊缝金属在焊后回火过程中硬度随温度变化趋势不一致:焊接热影响区硬度随着回火温度升高而逐渐减低,而焊缝金属在620℃回火时硬度降至最低值,在620℃以下或以上回火时,随着回火温度降低或升高,硬度逐渐增加。提出了一个兼顾焊接热影响区与焊缝金属力学性能的临界时效(680℃/4h)加临界回火(600℃/4h)的两步法焊后热处理工艺。发现第一步临界时效使得CLAM钢焊接热影响区的硬度降低到了一个最优值,而第二步临界回火进一步使得焊缝金属包含更多的残余奥氏体与临界铁素体,同时CLAM钢焊接热影响区不受影响。(3)在添加焊的情况下,发现添加310S不锈钢的焊缝成分涨落小于添加纯镍的焊缝中的成分涨落,但层状组织却主要出现在310S不锈钢焊缝中。提出镍元素对焊缝金属相变路径的影响机制,解释了成分涨落与组织涨落不一致的反常现象。提出了一个高温正火加回火的热处理方案,可有效降低CLAM钢焊接热影响区的淬硬和焊缝中层状组织对热扰动的敏感性。发现在冲击变形过程中,添加纯镍的焊缝金属因缺少有效晶界且不发生TRIP效应,其冲击韧性甚至低于自熔焊缝金属。