高碳馬氏體與奧氏體不銹鋼焊接可行性研究

穆景權

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司不銹冷軋廠,山西　太原　030003）

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高碳馬氏體與奧氏體不銹鋼焊接可行性研究

穆景權

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司不銹冷軋廠,山西太原030003）

主要闡述高碳馬氏體與奧氏體不銹鋼的對接焊接試驗，通過對焊接試樣的分析，評定兩種組織的不銹鋼焊接的可靠性。結果表明：由于碳含量偏高，焊接后的不銹鋼在熱影響區更易發生斷裂；焊接后的熱處理只能起到細微的細化晶粒的作用，對焊接性能沒有改善效果。

高碳馬氏體焊接工藝熱影響區焊接性能

高碳馬氏體不銹鋼w(C)=0.7%～1.1%，克服了馬氏體類不銹鋼不能兼顧很多重要性能的缺點，集各種材料的優點于一身，既有高的強度、高的硬度及好的耐磨性，又有較強的耐腐蝕性能及淬透性。將高碳馬氏體不銹鋼應用于刃具，效果優異。

馬氏體不銹鋼能在退火、硬化與回火的狀態下焊接，無論鋼材的原先狀態如何，經過焊接后都會在鄰近焊道處產生一個硬化的馬氏體區。熱影響區的硬度主要取決于母材金屬的碳含量，高碳馬氏體不銹鋼因為碳含量較高，因此其熱影響區更易產生龜裂及斷層[1-2]。

太鋼不銹冷軋廠生產的高碳馬氏體不銹鋼鋼種主要為7Cr17、8Cr17、9Cr18等品種，由于需要在酸洗線上連續生產，所以涉及到高碳馬氏體與奧氏體不銹鋼的焊接。本文主要對兩種組織的不銹鋼焊接可行性進行研究評定，檢驗其可靠性。

1　焊接工藝試驗

太鋼不銹冷軋廠工藝路線為：熱連軋卷經罩式爐退火后，在0號熱線酸洗，冷軋至1.0～2.0 mm被發往精密帶鋼廠精軋。本次高碳馬氏體不銹鋼焊接工藝試驗所采用的鋼種為9Cr18和7Cr17，采購自廣東地區。

表1　成分分析　%

表2　夾雜物分析　級

表3　預先熱處理工藝

與304鋼種進行對焊，焊接方式為熔化極氣體保護焊，焊絲為308 L，焊接參數（最終試驗工藝數據）為：電壓30 V，送絲速度12 mm/min，焊接速度1.25m/min，間隙0.8~1.0。

圖1為304與9Cr18、7Cr17等的焊接接頭照片。

圖1　304與9Cr18、7Cr17等的焊接照片

從圖1可以看出：焊后接頭良好。但在隨后進行的拉伸及彎曲實驗中，發現在馬氏體不銹鋼側發生斷裂，且彎曲角度較小，約為15°，見圖2。

圖2　焊接接頭彎曲照片

2　焊接試樣分析

對焊接區域進行金相檢查，結果如圖3—圖6所示。

圖3　304與4號焊接接頭顯微組織照片

圖4　304與13號焊接接頭顯微組織照片

從金相照片可以看出，這些焊接接頭的熱影響區晶粒并不粗大。對焊接接頭進行熱處理，熱處理制度如下：

圖6　304與11號焊接接頭顯微組織照片

1）870℃等溫處理30 min，隨后緩冷至720℃保溫90min，出爐空冷。對處理前后熱影響區的組織進行了對比，結果如圖7、圖8所示。

圖7　304與13號焊接接頭熱處理后熱影響區的顯微組織照片

圖8　304與11號焊接接頭熱處理后熱影響區的顯微組織照片

可以發現，熱處理后的晶粒尺寸與熱處理前相比有了一定的減小。但在隨后進行的彎曲試驗中發現，與熱處理之前相比，彎曲性能并未得到提高。

2）850℃等溫處理8h，緩冷至550℃，空冷。焊接接頭熱影響區的金相照片如圖9—圖11所示。

圖9　304與4號焊接接頭熱處理后熱影響區的顯微組織照片

圖10　304與2號焊接接頭熱處理后熱影響區的顯微組織照片

圖11　304與11號焊接接頭熱處理后熱影響區的顯微組織照片

可以看出，第二種熱處理制度與第一種熱處理制度熱影響區的金相照片并無太大區別。在隨后的彎曲實驗中也可以證明這一點。

1）870℃等溫處理30 min，隨后緩冷至720℃保溫90min，出爐空冷。對2號及熱處理后的13號熱影響區進行電鏡分析，結果如圖12、圖13所示。

圖12　304與2號焊接接頭熱影響區電鏡照片及成分分析

圖13　304與13號焊接接頭熱影響區熱處理后電鏡照片及成分分析

從電鏡對組織的成分分析可以看出，焊接后熱影響區存在富鉻相且比例較高，在富鉻相的周圍存在部分貧鉻相。富鉻相形成的原因目前尚不清楚。熱處理后富鉻相的比例有所減少，但依然存在，估計這是產生焊接接頭脆性的部分原因。

2）850℃等溫處理8h，緩冷至550℃，空冷。熱影響區電鏡照片如圖14—圖17所示。

圖14　304與4號焊接接頭熱處理后熱影響區的顯微組織照片

圖15　304與2號焊接接頭熱處理后熱影響區的顯微組織照片

圖16　304與11號焊接接頭熱處理后熱影響區的顯微組織照片

圖17　圖14—圖16所示的照片中白色部分的成分

從上可以看出：第二種熱處理方式與第一種熱處理方式結果并無太大差異；在熱影響區存在的富鉻相并不會消失，只是第二種熱處理的富鉻相更加彌散。

對焊接后的母材性能進行了檢驗，結果如表4所示。

表4　焊接后的母材性能

由表4可知：7Cr17的母材性能較差，而9Cr18的較好。

3　結論

1）304與7Cr17或9Cr18焊后熱影響區晶粒并不粗大，有少量馬氏體組織，且有富鉻相析出，都為脆性相。

2）熱處理可以細化熱影響區組織，但對性能影響并不明顯。

3）采用焊接方式連接304與馬氏體不銹鋼7Cr17 或9Cr18，可靠性較差，不可取。

[1]于啟湛，史春元.不銹鋼的焊接：馬氏體不銹鋼的焊接[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]解挺，尹延國，朱元吉.馬氏體不銹鋼的熱處理和性能[J].國外金屬熱處理，1999（6）：38-40.

（編輯：胡玉香）

Feasibility of the Butt Welding Between High Carbon Martensite and Austenitic Stainless Steel

MU Jingquan
（Stainless and Cold Rolling Mill，Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

The butt welding trial between high carbon martensite and austenitic stainless steel is expounded. Evaluating the welding reliability of the two kinds of stainless steel is done with the analysis of the samples.The statistic data shows that due to the high carbon content,the welded heat-affected zone is more susceptible to rupture. The heat treatment after welding only slightly affects the grain refining,having no improvement on welding performance.

high carbon martensite,welding process,heat-affected zone,welding performance

TG113.26+3

A

1672-1152（2016）02-0029-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.02.11

2016-02-17

穆景權（1976—），男，從事不銹鋼冷軋工藝技術及質量控制管理工作，工程師。