摘要
低合金钢/双相不锈钢双金属复合结构件具有优良的强度及耐腐蚀等性能，与同等尺寸双相不锈钢相比，可避免合金资源浪费，大幅降低生产成本，发挥不同材料的性能，被用于石油化工、海洋工程等多个领域。然而，传统加工制造手段在双金属复合结构件制造时，在材料成分布局及复杂结构件成型难度较大，且制造过程繁琐。而电弧增材制造技术能够使同一构件中的材料成分呈连续性变化，实现材料的结构功能一体化，在制造复合结构件方面具有巨大优势。因此，采用电弧增材制造低合金钢/双相不锈钢双金属复合结构件具有长远的意义。 本文通过电弧增材制造技术成型了低合金钢/双相不锈钢复合结构，并对复合墙体各区域的微观组织构成和性能进行了表征和分析，发现在低合金钢与双相不锈钢过渡区域组织存在马氏体，导致界面硬度突变至319HVo2,该区域与后续沉积双相不锈钢存在明显界面，界面冶金结合强度较高，但延伸率较低(～5.07%),结合界面附近存在局部性能差异。与低合金钢相比，双相不锈钢沉积金属表现出良好的耐腐蚀性能，但耐蚀性能略低于热轧态2205双相不锈钢。进行了不同双相不锈钢沉积层数增材制造试验，研究了逐层沉积过程热循环对双金属复合结构件界面微观组织和力学性能的影响，发现堆积层数在3层以上，后续堆积并未对界面组织及元素扩散造成影响。添加了奥氏体不锈钢(ER309L)过渡层用于改善双金属复合结构结合界面组织及性能，结合界面延伸率提高至14.6%,界面硬度降低(～254.3HV0.2),缓解了两侧材料性能差异，但其较高含量Ni元素使后一层双相不锈钢沉积金属奥氏体和铁素体双相比例失衡，熔合界面附近出现Ⅱ型晶界。 结合奥氏体形成元素、铁素体形成元素及舍夫勒图，设计了三组不同Cre/Nieq的药芯焊丝过渡层材料，进一步优化低合金钢/双相不锈钢复合结构件界面组织及性能。结果表明，随着过渡层Creq/Nieq从1.89增加到2.46和3.89,过渡层组织由马氏体和铁素体变为奥氏体和铁素体，均与两侧沉积金属熔合良好，过渡层Creq/Nieq从2.46增加到3.89与低合金钢界面形成的马氏体层宽度增加，两种过渡层均与双相不锈钢沉积金属无明显界面，组织实现梯度过渡，且两侧沉积金属硬度差异减小，过渡趋于平稳，与低合金钢界面结合强度为590MPa，延伸率为12%。采用纳米压痕技术表征了低合金钢沉积金属熔合界面附近微观组织力学性能，确定了在具有浮凸的特点及附近组织形态类似位置具有较高硬度值，界面处微区力学性能不均匀，Creq/Nieq=3.89过渡层界面处硬度值最高为13.04GPa。结果表明，当过渡层Creq/Nieq=2.46时，可以有效缓解双相不锈钢沉积金属与低合金钢沉积金属界面性能差异，获得高质量的双金属复合结构件。
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