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摘要
随着工程应用场景日趋复杂，结构在承载力、耐腐蚀性和经济性等方面面临更高的要求，单一金属材料已经很难满足工程所有使用要求。不锈钢是一种绿色高性能材料，强度和耐腐蚀性良好，且有利于我国实现“双碳”目标；碳钢价格低廉、应用较广，但耐腐蚀性较差。为了提高材料的利用率、节约成本，在工程上常常将不锈钢与碳钢焊接。目前在核电站中由于设备的工作环境和工作介质的不同，通常会采用奥氏体不锈钢与碳钢进行焊接；在建筑幕墙中，一般室外墙板、驳接件、玻璃幕墙支撑体系会采用不锈钢，而内部龙骨和主题钢桁架柱采用碳钢，因此会有大量不锈钢与碳钢焊接的需求。由于不锈钢与碳钢两种材料的化学成分和物理性能不同，焊接时会出现问题，比如：熔点差异使得金属流失、线膨胀系数差异可能导致焊缝出现裂纹、化学成分差异使焊接过程出现脆性化合物等等，所以目前国内大部分规范并不支持不锈钢与碳钢焊接。现有关于不锈钢与碳钢焊接的研究主要集中于Q235B钢和奥氏体不锈钢，没有对常见的不锈钢和碳钢进行系统研究。为此，将S30408、QN1803、S22053不锈钢与Q235B、Q355B碳钢采用对接焊缝连接，对6种不同组合、48个不锈钢与碳钢焊接接头的金相组织、硬度、强度和断口形貌等力学性能进行系统的试验研究。试验表明：不锈钢与碳钢焊接接头在熔合线附近出现明显的增碳层和脱碳层；热影响区晶粒增大，出现马氏体等脆性组织使得热影响区的硬度大于金属母材；不锈钢与碳钢焊接接头拉伸试件断裂在碳钢一侧，抗拉强度与其碳钢母材抗拉强度一致，屈服强度低于碳钢母材，延伸率显著降低；由于脱碳层的形成，使得碳钢熔合线附近的硬度和韧性下降；不锈钢与碳钢焊接接头拉伸断口均出现韧窝，为韧性断裂。
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