馬氏體不銹鋼焊接分析

摘要：馬氏體不銹鋼屬于鉻不銹鋼，雖焊接數(shù)量不多，但是容易出現(xiàn)接頭裂紋、脆化和熱影響區(qū)軟化等問(wèn)題，所以必須采取嚴(yán)格的焊接工藝措施保證焊接質(zhì)量。本文詳細(xì)地分析了馬氏體不銹鋼的特性和焊接性特點(diǎn)，并從焊材選擇、焊接方法和熱處理等方面闡述了可采取的焊接。

關(guān)鍵詞：裂紋，熱處理，馬氏體不銹鋼

中圖分類號(hào)：TG44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1 馬氏體不銹鋼的特征

馬氏體不銹鋼的含碳量在0.10%～1.2%之間，一般在鐵素體不銹鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)高溫加熱并快速冷卻，室溫下得到馬氏體組織。馬氏體不銹鋼屬于鉻不銹鋼，耐蝕性、塑性和焊接性不如奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼。

馬氏體不銹鋼可以分為普通Cr13型馬氏體不銹鋼和熱強(qiáng)馬氏體不銹鋼兩類。1Cr13、2Cr13、3Cr13等是Cr13型馬氏體不銹鋼常見型號(hào)，其中含碳量較低的1Cr13、2Cr13用來(lái)制作力學(xué)性能較高并需要耐蝕性的零件，比如汽輪機(jī)葉片、醫(yī)療器械等。含碳量較高的4Cr13、7Cr13等用來(lái)制造醫(yī)用手術(shù)器具、量具等耐磨工件。不過(guò)，馬氏體不銹鋼很少用于管道、容器等構(gòu)件制造。

2 馬氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)

馬氏體不銹鋼屬于熱處理強(qiáng)化鋼，其在高溫加熱空冷后有淬硬（即冷裂）傾向。

2.1 焊接接頭的裂紋

由于鉻是促成鐵素體的元素，在馬氏體不銹鋼中含量在12%以上，為了提高淬透性，以便熱處理后形成馬氏體組織，鋼含有比較多的碳和鎳等元素。馬氏體不銹鋼導(dǎo)熱性差，焊接時(shí)殘余應(yīng)力較大，加上氫的作用，焊接完冷卻時(shí)很容易產(chǎn)生冷裂紋。另外，馬氏體不銹鋼在AC3臨界溫度以上是奧氏體組織，焊后快速冷卻時(shí)，面心立方的奧氏體轉(zhuǎn)變成體心立方的馬氏體，容碳能力急劇惡化，導(dǎo)致體積發(fā)生變化，產(chǎn)生應(yīng)力并伴隨塑性下降。這一現(xiàn)象造成焊后熱影響區(qū)也容易引起裂紋。

2.2 焊接接頭的脆化

馬氏體不銹鋼高溫狀態(tài)下晶粒容易粗大，焊后快速冷卻時(shí)，焊縫區(qū)組織形成粗大且脆硬的馬氏體；冷卻速度較慢時(shí)，則出現(xiàn)粗大的鐵素體和碳化物組織，都導(dǎo)致接頭脆化問(wèn)題產(chǎn)生。

2.3 熱影響區(qū)軟化

馬氏體不銹鋼作為熱處理強(qiáng)化鋼，熱影響區(qū)內(nèi)存在著軟化層。軟化層在高溫環(huán)境下強(qiáng)度低，嚴(yán)重影響其熱強(qiáng)性能。

3 馬氏體不銹鋼焊接工藝

馬氏體不銹鋼易發(fā)生淬硬傾向，所以要嚴(yán)格控制焊接冷裂紋的產(chǎn)生，還有要注意焊接接頭過(guò)熱后產(chǎn)生的脆化和軟化。根據(jù)馬氏體不銹鋼的焊接性分析，其焊接性差，要采用嚴(yán)格的焊接工藝措施，來(lái)保證獲得合格的焊接接頭。

3.1 焊材的選擇

馬氏體不銹鋼常用的焊接材料有兩類：一類是采用奧氏體的焊接材料；一類是采用和母材化學(xué)成分相近的焊接材料。選用奧氏體焊接材料將得到奧氏體金屬焊縫，其塑性良好，殘余應(yīng)力低，可以減少冷裂紋的生成。

而選用與母材化學(xué)成分基本相同的焊接材料時(shí)，焊接接頭區(qū)域會(huì)硬而脆，有冷裂紋的傾向。所以，對(duì)于大厚件要預(yù)熱、緩冷和焊后熱處理，消除焊接殘余應(yīng)力，防止冷裂紋產(chǎn)生。

如果產(chǎn)品需要較好的強(qiáng)度或者熱硬性，則宜采用于母材接近的焊接材料，獲得同質(zhì)焊縫。奧氏體焊接材料的強(qiáng)度、硬度和線膨脹系數(shù)與馬氏體鋼差別較大，特別是再高溫環(huán)境下使用產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致焊接接頭失效。反之，焊接結(jié)構(gòu)不能進(jìn)行預(yù)熱、焊后熱處理等工藝時(shí)，焊接必須采用奧氏體焊接材料，得到異質(zhì)焊縫，能降低冷裂紋傾向。

3.2 焊接方法

馬氏體不銹鋼焊接主要方法是焊條電弧焊和氬弧焊兩種。焊條焊須使用低氫堿性焊條；對(duì)于拘束度大的接頭，最好采用氬弧焊。

3.3 預(yù)熱和焊后熱處理

前文所述，采用與母材化學(xué)成分基本相同的焊接材料，獲得同質(zhì)焊縫，其焊縫區(qū)和熱影響區(qū)易產(chǎn)生裂紋，焊前預(yù)熱是防止產(chǎn)生冷裂紋的主要工藝措施。含碳量越大，淬硬性越大，預(yù)熱溫度就要越高。表1為馬氏體不銹鋼焊前預(yù)熱溫度、母材碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱輸入量及焊后熱處理的相互關(guān)系。

焊后熱處理的目的是降低焊縫和熱影響區(qū)的硬度，改善塑性和韌性，減少焊接殘余應(yīng)力。其分回火和完全退火兩種?；鼗饻囟纫话氵x擇在650℃～750℃，保溫一小時(shí)，空冷。高鉻馬氏體不銹鋼一般在焊前進(jìn)行淬火+回火的熱處理，焊后再高溫回火，使得焊接接頭具有良好的力學(xué)性能。如焊件焊完后進(jìn)行機(jī)加工，可采用完全退火降低硬度。

參考文獻(xiàn)

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