409409L L鐵素體不銹鋼的焊接技術

穆鐘濤 馬煥新

（恒天重工股份有限公司，河南鄭州 450053）

409409L L鐵素體不銹鋼的焊接技術

穆鐘濤 馬煥新

（恒天重工股份有限公司，河南鄭州 450053）

通過對409L鐵素體不銹鋼手工鎢極氬弧焊焊接試驗分析，確定409L材料焊接性能和焊接工藝方案。試驗結果表明，409L適用于手工鎢極氬弧焊焊接，且在滿足設計條件下，409L材料可替代部分產品中奧氏體不銹鋼材料，從而降低產品成本。

409L鐵素體不銹鋼；手工鎢極氬弧焊；焊接工藝試驗；焊接性能

近年來409L鐵素體不銹鋼以其低廉的價格和一定的耐腐蝕性能，逐步得到更加廣泛的應用。目前，我公司新開發的烘干設備采用了這種材料，為了更好地進行推廣應用，我們對409L材料的焊接性能和焊接接頭的耐蝕性進行了工藝試驗。

1 鐵素體不銹鋼概述

鐵素體不銹鋼經過不斷的研制和發展，現已具有三代不同性能的系列產品。第一代材料完全依靠Cr（16%～18%）作為鐵素體穩定元素，材料含碳（≤0.12%）偏高，因此在焊接之后若不進行熱處理，必然會產生晶間腐蝕，而且第一代鐵素體不銹鋼焊接接頭韌性偏低，其代表鋼號為1Cr17；第二代材料以409材料為代表，它們在降低C含量的同時，也相應地減少了Cr含量，并加入了強烈鐵素體形成元素（409材料中加入鐵素體形成元素——Ti），第二代鐵素體不銹鋼在韌性方面與第一代相差不大，但在工藝性能、耐腐蝕性以及成本上，都比上一代具有優勢；第三代鐵素體不銹鋼，則從改進材料冶煉方法入手，生產出超低C、N含量的超純鐵素體不銹鋼，其代表材料為409L（日本）。鋼在降低C、N（≤0.015%）元素含量的同時，加大Cr（20%～23%）的含量，并在材料中加入強碳化物形成元素Ti（0.24%～0.8%）等，材料在焊后不進行熱處理的情況下，焊接接頭也不會有晶間腐蝕發生。超純鐵素體不銹鋼相比前兩代材料的韌性大幅提高，對均勻腐蝕、點狀腐蝕有良好的抵抗能力，材料的抗腐蝕能力基本與奧氏體不銹鋼304相當。

409 L材料屬第三代鐵素體不銹鋼，其在409材料的基礎上保持Cr（10%～11%）含量基本不變的同時，降低C元素含量，由原來的0.08%減少到0.03%，不僅保證了材料形成鐵素體組織的能力，而且材料的耐蝕性和韌性也得到相應地提高。

2 409L材料化學成分及機械性能

409 L與GB/T3280-2007標準的022Cr11Ti材料相當，其化學成分和機械性能分別見表1和表2。

表1 化學成分（質量分數%）

表2 經退火處理的力學性能

3 試驗方案

3.1 焊絲選擇

鐵素體不銹鋼焊接時，焊材選擇上有兩種方案：①選焊材組織為鐵素體，化學成分與被焊金屬化學成分相當。焊接409L材料時，焊絲選擇H08Cr11Ti或H08Cr11Nb，但選用鐵素體焊材時焊縫金屬晶粒長大嚴重，塑性較差；②選擇奧氏體不銹鋼焊絲進行焊接，常用ER308L、ER309L，這類焊絲在焊縫中形成奧氏體組織，焊縫金屬強度好，塑性得到一定的改善［1］。本次選用奧氏體不銹鋼焊絲ER308L、ER309L進行焊接試驗。

3.2 材料

以2mm厚的409L板作為焊接試板。

3.3 焊接方法

根據板厚情況本次選用手工鎢極氬弧焊進行焊接試驗。

4 試驗數據及分析

首先對焊接試板進行X光射線無損檢測，試板合格后按標準要求制成拉伸、彎曲試樣進行機械性能檢測，各項檢測數值如表3，試驗數據分析如下。

表3 機械性能檢測

4.1 拉伸試驗

三組焊接試驗拉伸試樣如圖1，焊接接頭的抗拉強度基本上在材料的抗拉強度值之下，而且斷裂位置均在母材上。1#試樣為氬弧焊不加焊絲，焊縫由409L母材熔化形成，斷裂在焊縫中也可視為是母材；2#、3#試樣，由于ER308L、ER309L焊絲的熔敷金屬抗拉值均大于600Mpa，焊接熱影響區的母材在焊接熱循環的作用下發生了較為不利的組織變化，晶粒嚴重長大、粗化，減少了晶粒間的結合力，從而導致焊接接頭力學性能下降，因此拉伸斷裂位置均在母材受熱最嚴重的地方發生［2］。

圖1

4.2 彎曲試驗

在彎曲試驗中可以看出1#試樣焊縫金屬的晶粒度非常粗大，在彎曲試樣拉伸面可以清晰地看到焊縫由嚴重長大的柱狀晶粒組成（如圖2）；2#、3#彎曲試驗時，由于焊縫金屬的抗拉強度值較高，因此在彎曲時試樣中心位置發生了偏移，偏移到焊接接頭中強度較低的地方——熱影響區的母材，試樣拉伸面未看到如1#試樣中的晶粒嚴重長大的現象［3］（如圖3）。

圖2

圖3

圖4

4.3 晶間腐蝕試驗

按國家標準GB/T4334.5-2000《不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法》進行晶間腐蝕試驗，三組試樣均發生了嚴重的晶間腐蝕現象，如圖4。各組試樣分別在腐蝕最嚴重的地方吸附大量銅元素。1#試樣可以看出在焊縫金屬上吸附較多的銅，2#、3#試樣在焊縫熱影響區的熔合線附近吸附大量銅。

4.4 耐大氣腐蝕試驗

我們將一件經拋光的試樣和一件未拋光的試樣放置在自然環境中，經過10d的雨淋、日曬，我們發現經拋光的試樣未見腐蝕現象，而未拋光的試樣有輕微的腐蝕。

5 結語

5.1 409 L適用手工鎢極氬弧焊焊接，焊接時除了正確選用焊接材料外，應重點注意焊接線能量的控制，抑制焊接區鐵素體晶粒過分長大。

5.2 409 L焊接時不同的焊絲焊接將呈現不同的性能，不加焊絲時，焊縫晶粒粗大，塑性較差，加入奧氏體焊絲，可適當提高焊接接頭的塑性和強度。

5.3 409 L焊接后不作熱處理的情況下均發生嚴重的晶間腐蝕現象，因此409L材料產品的焊接接頭不適用在有腐蝕環境的場所。

5.4 409 L材料及焊接接頭能經得起自然環境中的大氣腐蝕。

5.5 409 L材料焊接過程中母材不可避免在焊接熱循環的作用下而出現組織晶粒粗大、塑性降低的現象，因此409L工件焊接后盡量避免在焊縫及熱影響區折彎，如需折彎應盡量選用尖角R較大的上模。

［1］中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第2卷）［M］.北京：北京機械工業出版社出版，2001.

［2］承壓設備焊接工藝評定［S］.NB/T47014，2011.

［3］曾樂.現代焊接技術手冊［M］.上海：上海科學技術出版社出版，1995.

W elding Technology of 409L Ferritic Stainless Steel

Mu Zhongtao Ma Huanxin
Hi-Tech Heavy Industry Co.,Ltd.Zhengzhou Henan 450053)

The welding performance and welding technological scheme of the 409L material were determined by the experimental analysis of the manual argon arc welding of 409L ferritic stainless steel.The experimental results showed that 409L material can be applied in manual argon arc welding,and when the design conditions were satisfied，409L material can replace the austenitic stainless steelmaterial in some products，thus reducing the product cost.

409L ferritic stainless steel，manual argon arc welding，welding process test，welding performance

TG401

：A

：1003-5168（2015）03-0061-3

2015-2-24

穆鐘濤（1979.5-），男，本科，工程師，研究方向：機械設計與制造。