马氏体不锈钢及其焊接特点

马氏体不锈钢可分为Cr13型马氏体不锈钢、低碳马氏体不锈钢和超级马氏体不锈钢。Cr13型具有一般抗腐蚀性能,从Cr12为基的马氏体不锈钢,因加进镍、钼、钨、钒等合金元素,除具有一定的耐腐蚀性能,还具有较高的高温强度及抗高温氧化性能。

马氏体不锈钢的焊接特点:Cr13型马氏体不锈钢焊缝和热影响区的淬硬倾向特别大,焊接接头在空冷条件下便可得到硬脆的马氏体,在焊接拘束应力和扩散氢的作用下,很轻易出现焊接冷裂纹。当冷却速度较小时,近缝区及焊缝金属会形成粗大铁素体及沿晶析出碳化物,使接头的塑、韧性明显降低。

低碳及超级马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后,固然全部转变为低碳马氏体,但没有明显的淬硬现象,具有良好的焊接性能。

马氏体不锈钢焊材选用

在不锈钢中,马氏体不锈钢是可以利用热处理来调整性能的,因此,为了保证使用性能的要求,特别是耐热用马氏体不锈钢,焊缝成分应尽量接近母材的成分。为了防止冷裂纹,也可采用奥氏体焊材,这时的焊缝强度必然低于母材。

焊缝成分同母材成分相近时,焊缝和热影响区将会同时硬化变脆,同时在热影响区中出现回火软化区。为了防止冷裂,厚度3mm以上的构件往往要进行预热,焊后也往往需要进行热处理,以进步接头性能,由于焊缝金属与母材的热膨胀系数基本一致,经热处理后有可能完全消除焊接应力。

当工件不答应进行预热或热处理时,可选择奥氏体***焊缝,由于焊缝具有较高的塑性和韧性,能松弛焊接应力,并且能较多地固溶氢,因而可降低接头的冷裂倾向,但这种材质不均匀的接头,由于热膨胀系数不同,在循环温度的工作环境下,在熔合区可能产生剪应力,而导致接头***。

对于简单的Cr13型马氏体钢,不采用奥氏体***的焊缝时,焊缝成分的调整余地未几,一般都和母材基体相同,但必须限制***杂质S、P及Si等,Si在Cr13型马氏体钢焊缝中可促使形成粗大的马氏体。降低含C量,有利于减小淬硬性,焊缝中存在少量Ti、N或Al等元素,也可细化晶粒并降低淬硬性。

对于多组元合金化的Cr12基马氏体热强钢,主要用途是耐热,通常不用奥氏体焊材,焊缝成分希看接近母材。在调整成分时,必须保证焊缝不致出现一次铁素体相,因它对性能十分***,由于Cr13基马氏体热强钢的主要成分多为铁素体元素(如Mo、Nb、W、V等),为保证全部***为均一的马氏体,必须用奥氏体元素加以平衡,也就是要有适当的C、Ni、Mn、N等元素。

马氏体不锈钢具有相当高的冷裂倾向,因此必须严格保持低氢,甚至超低氢,在选择焊材时,必须要留意这一点。

双相不锈钢的焊接要点

① 焊接热过程的控制 焊接线能量、层间温度、预热及材料厚度等都会影响焊接时的冷却速度,从而影响到焊缝和热影响区的***和性能。冷却速度太快和太慢都会影响到双相钢焊接接头的韧性和耐腐蚀性能。冷却速度太快时会引起过多的α相含量以及Cr2N的析出增加。过慢的冷却速度会引起晶粒严重粗大,甚至有可能析出一些脆性的金属间化合物,如σ相。表1列出了一些推荐的焊接线能量和层间温度的范围。在选择线能量时还应考虑到具体的材料厚度,表中线能量的上限适合于厚板,下限适合于薄板。在焊接合金含量高的ω(Cr)为25 % 的双相钢和超级不锈钢时,为获得较佳的焊缝金属性能,建议高层间温度控制在100℃。当焊后要求热处理时可以不限制层间温度。

② 焊后热处理 双相不锈钢焊后不进行热处理,但当焊态下α相含量超过了要求或析出了***相,如σ相时,可采用焊后热处理来改善。所用的热处理方法是水淬。热处理时加热应尽可能快,在热处理温度下的保温时间为5 ~ 30min,应该足以***相的平衡。在热处理时金属的氧化非常严重,应考虑采用惰性气体保护。对于ω(Cr)为22 % 的双相钢应在1050℃ ~ 1100℃温度下进行热处理,而ω(Cr)为25 % 的双相钢和超级双相钢要求在1070℃ ~ 1120℃温度下进行热处理。