不锈钢复合板不仅具有优良的综合性能,而且成本较低,广泛应用于石油化工、建筑、交通运输等领域中,往往在高温和腐蚀环境下服役。不锈钢复合板的焊接接头结构复杂,是整个焊件的薄弱环节,在焊接和服役过程中容易产生异种钢间相互稀释和扩散,脆硬相产生等问题,严重降低不锈钢复合钢板的力学性能和耐腐蚀性能。基于此,本试验对广泛应用的304/Q345R不锈钢复合板焊接性和焊接接头在高温时效前后的组织与成分,力学性能和耐腐蚀性能进行了研究,为工业生产中不锈钢复合板焊接的焊材选择,以及焊件在高温和腐蚀环境下的服役提供指导。本试验根据复合钢板的焊接特点,采用了X型坡口,使用Er50-6作为低合金钢焊材,分别使用E309Nb焊条、Er310焊丝、Er309L焊丝作为过渡层和覆层焊缝焊接材料,分别对应试验的A、B、C组,分别采用常用的CO2气体保护焊,焊条电弧焊和钨极氩弧焊对复合钢板进行对接焊。分别对A、B、C三组试样进行600℃,0 h、100 h、300 h和500 h时效处理,并观察时效前后焊接接头组织的形貌,测试和分析时效不同时间段的焊接接头的成分、力学性能和耐腐蚀性能。焊接接头表面形貌观察结果显示,复合板界面结合区为波状结合,界面结合良好,A、C组凝固模式为铁素体奥氏体模式,铁素体呈骨架状和蠕虫状分布在奥氏体中,B组为单相奥氏体组织,凝固模式为奥氏体模式,晶粒呈胞状树枝晶和柱状晶。能谱(EDS)测试结果显示,时效之后碳元素扩散到铁素体区域或者晶界处,C组时效后靠近熔合线的过渡区焊缝铁、铬和碳元素产生了剧烈的起伏,碳元素与铬元素呈正相关。XRD分析显示,A,C组在时效前由奥氏体和铁素体组成,时效后生成了铁铬化合物和铁铬的碳化物;B组焊缝组织为单相奥氏体。拉伸试验显示,复合板母材具有较好的强度和塑性,母材的裂纹起源于复合板和低合金钢基体的波状界面,然后分别向复合层侧和低合金钢侧扩展,两侧均以45°方向剪切断裂,断口为韧性断裂。母材在时效前后的冲击性能变化不大,焊接接头的焊缝和熔合区的冲击韧性在时效后均有不同程度的下降,时效前,C组焊缝冲击性能最好,B组次之,A组冲击韧性最差,随着时效的进行,A,C两组焊缝和熔合区冲击韧性值均有较大幅度下降,B组焊缝金属韧性最好,焊缝区和熔合区冲击韧性下降不大;时效之前,母材,焊缝和熔合区主要为韧性断裂,时效后低合金钢侧断裂以脆性为主,不锈钢焊缝断口的韧窝变浅,出现了一些脆性断裂的特征。测试各组焊接接头两条路径上的显微硬度,分别为路径X和路径Y,路径X和路径Y分别横穿覆层焊缝熔合区和过渡层焊缝熔合区。在路径X上,硬度值从不锈钢复合层波动下降到焊缝组织,B组焊缝的硬度最小,C组焊缝硬度最大,A组居中,随着时效时间增长,焊缝和复合层的硬度值有所增加;路径Y的低合金钢一侧硬度较小,且随着时效时间的增长,硬度值进一步减小,熔合区附近焊缝一侧出现了一个硬度的峰值,在时效过程中,峰值强度有所增大。晶间腐蚀试验结果显示,时效0~300 h,母材复合层的耐晶间腐蚀性能有所增强,300 h后稍有降低;时效前A组耐晶间腐蚀性能最好,B组次之,C组最差;随着时间的延长,该性能不同程度下降;热影响区的耐晶间腐蚀较差,随着时效的进行,耐晶间腐蚀性能先升高后降低。极化曲线试验结果显示,在整个焊接接头中,离熔合区0~5 mm的热影响区范围内自腐蚀电流最大,点蚀电位最低;5~10 mm范围内和母材随着时效时间增加点蚀电位有增大的趋势;A组和B组时效以后点蚀电位逐渐降低,A组时效500 h后,点蚀电位突然减小,自腐蚀电流突然增大;C组自腐蚀电流整体上随时效时间增加而增大。