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随着工业的快速发展,单一材料的性能已经很难满足其在复杂环境下的多样化需求。由于2Cr13马氏体不锈钢强度高,塑性低,而316L奥氏体不锈钢塑性好,强度低,故由2Cr13和316L组成的2Cr13/316L多层不锈钢复合板同时具有较高的强度,良好的塑性和耐蚀性,为海洋工程材料领域的发展提供了新思路。由于其制备工艺的复杂性、轧制因素的多样性以及后续热处理过程的重要性等要素的限制,使得2Cr13/316L多层不锈钢复合板的制备和界面结合难以准确控制。为了改善2Cr13/316L多层不锈钢复合板的界面结合强度、提高综合力学性能、揭示界面结合机制,本文从轧制工艺、热处理工艺角度出发,系统地研究了2Cr13/316L多层不锈钢复合板的组织结构、力学性能和界面行为:通过改变材质、轧制温度、轧制压下量和轧制后冷却方式四个轧制工艺参数,制备了12组多层不锈钢复合板。分析结果表明,2Cr13/316L多层不锈钢复合板中2Cr13层组织为马氏体+铁素体,316L层组织为奥氏体,在轧制状态下,组织均呈拉长的轧态织构。在其他轧制条件一定时,2Cr13/316L多层不锈钢复合板的抗拉强度和延伸率均介于全2Cr13多层不锈钢板和全316L多层不锈钢板之间。随着轧制温度升高,2Cr13/316L多层不锈钢复合板的强度降低,塑性增加,这与高温下2Cr13层中铁素体含量增加以及晶粒发生回复再结晶有关。随着轧制压下量增加,变形抗力增大,强度也会增加,但是轧制压下量过大会导致复合板内部出现断层现象,反而会降低强度。轧制后冷却方式对2Cr13/316L多层不锈钢复合板的性能影响较小。综上所述,2Cr13/316L多层不锈钢复合板的最佳轧制工艺制度是1130℃、82%、风冷,其抗拉强度为1205MPa,延伸率为18.3%,抗弯强度为3687MPa,综合性能最好。将轧制工艺性能最好的2Cr13/316L多层不锈钢复合板用于后续的热处理工艺制度的探索。通过改变加热温度和保温时间两个热处理工艺参数,对比分析热处理后2Cr13/316L多层不锈钢复合板的组织形貌和力学性能可知:热处理后各层组织并未发生改变,由于回复和再结晶的作用,晶粒均呈等轴状。950℃,保温5min后淬火的热处理工艺制度最佳,其强度为1012MPa,延伸率为21.5%,抗弯强度为2856MPa。热处理后各元素在界面处的变化相对平缓,其扩散距离由1.8μm增加到10μm,界面剪切强度由420MPa增加到445MPa,说明热处理过程促进了元素扩散。原位拉伸结果也表明热处理后2Cr13/316L多层不锈钢复合板的界面起到了承担载荷和传递载荷的作用,各层之间具有良好的变形协调性,没有出现分层现象。这说明热处理可以提高2Cr13/316L多层不锈钢复合板的界面结合强度,改善其综合性能。激光共聚焦、电子背散射衍射和透射的研究结果表明,2Cr13/316L多层不锈钢复合板界面处由于再结晶形成了异相共同晶粒,异相共同晶粒由马氏体和奥氏体两相组成。TEM下的成分分析结果表明,异相共同晶粒内部界面处发生了原子扩散,形成一定厚度的过渡层,其界面结合机制为扩散结合机制和再结晶结合机制。