铁素体及马氏体不锈钢的焊接

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1、4.3铁素体及马氏体不锈钢的焊接4.3.1铁素体不锈钢的焊接性分析铁素体型不锈钢一般都是在室温下具有纯铁素体组织，塑性、韧性良好。由于铁素体的线膨胀系数较奥氏体的小，其焊接热裂纹和冷裂纹的问题并不突出。通常说，铁素体型不锈钢不如奥氏体不锈钢的好焊，主要是指焊接过程中可能导致焊接接头的塑性、韧性降低即发生脆化的问题。此外，铁素体不锈钢的耐蚀性及高温下长期服役可能出现的脆化也是焊接过程中不可忽视的问题。高纯铁素体钢比普通铁素体钢的焊接性要好得多。(1)焊接接头的晶间腐蚀碳的质量分数为0.05%~0.1%的普通铁素体铬钢发生腐蚀的条件和奥氏体铬-镍钢

2、稍有不同。从900°C以上快速冷却，铁素体铬不锈钢对腐蚀很敏感，但经过650~800°C的回火后，又可恢复其耐蚀性。所以，焊接接头产生晶间腐蚀的位置是紧挨焊缝的高温区。晶间腐蚀是在晶粒边界附近发生的有选择性腐蚀现象；原因：贫铬理论A不锈钢加热到450-850℃（敏化温度）区间发生高铬F不锈钢从高温急冷发生，经650-850℃加热缓冷可消除(2)焊接接头的脆化铁素体不锈钢的晶粒在900℃以上极易粗化；加热至475℃附近或自高温缓冷至475℃附近；在550～820℃温度区间停留（形成σ）相均使接头的塑性、韧性降低而脆化。①高温脆性铁素体不锈钢焊接接

3、头加热至950～1000℃以上后急冷至室温，焊接热影响区的塑性和韧性显著降低，称为“高温脆性”。其脆化程度与合金元素碳和氮的含量有关。碳、氮含量越高，焊接热影响区脆化程度就越严重。焊接接头冷却速度越快，其韧性下降值越多；如果空冷或缓冷，则对塑性影响不大。②σ相脆化普通纯度铁素体不锈钢中wCr>21%时，若在520～820℃之间长时间加热，即可析出σ相。σ相的形成与焊缝金属中的化学成分、组织、加热温度、保温时间以及预先冷变形等因素有关。钢中促进铁素体形成的元素如铝、硅、钼、钛和铌均能强烈地增大产生σ相的倾向；锰能使高铬钢形成σ相所需铬的含量降低；

4、而碳和氮能稳定奥氏体相并能与铬形成化合物，会使形成σ相所需铬含量增加。镍能使形成σ相所需温度提高。由于σ相的形成有赖于Cr、Fe等原子的扩散迁移，故形成速度较慢。wCr=17%的钢只有在550℃回火1000h后才会开始析出σ相。当加入2%的Mo时，σ相析出时间大为缩短，约在600℃回火200h后即可出现σ相。因此，对于长期工作于σ相形成温度区的铁素体型耐热钢的焊接高温构件而言，必须引起足够的重视。③475℃脆化wCr>15%的普通纯度铁素体不锈钢在400～500℃长期加热后，即可出现475℃脆性。随着铬含量的增加，脆化的倾向加重。焊接接头在焊接

5、热循环的作用下，不可避免地要经过此温度区间，特别是当焊缝和热影响区在此温度停留时间较长时，均有产生475℃脆性的可能。475℃脆化可通过焊后热处理消除。4.3.2铁素体不锈钢的焊接工艺特点普通纯度铁素体钢焊接接头韧性较低，主要是由于单相铁素体钢易于晶粒粗化，热影响区和焊缝容易形成脆性马氏体，还有可能出现475℃脆性。1．焊接方法普通纯度铁素体钢的焊接方法通常可采用焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊。无论采用何种焊接方法，都应以控制热输入为目的，以抑制焊接区的铁素体晶粒过分长大。工艺上可采取多层多道快速焊，强制冷却焊

6、缝的方法，如通氩或冷却水等。超高纯度铁素体钢的焊接方法有氩弧焊、等离子弧焊和真空电子束焊。采用这些方法的目的主要是净化熔池表面，防止沾污。2．焊接材料的选择在焊接铁素体不锈钢及其与异种钢焊接时填充金属主要有三类：同质铁素体型、奥氏体型和镍基合金。采用同质焊接材料时，焊缝与母材金属有相同的颜色和形貌，相同的线膨胀系数和大体相似的耐蚀性，但焊缝金属呈粗大的铁素体钢组织，韧性较差。为了改善性能，应尽量限制杂质含量，提高其纯度，同时进行合理的合金化。3．低温预热及焊后热处理铁素体不锈钢在室温的韧性本就很低，如图4-19所示，且易形成高温脆化，在一定条件

7、下可能产生裂纹。通过预热，使焊接接头处于富有韧性的状态下焊接，能有效地防止裂纹的产生。但是，焊接热循环又会使焊接接头近缝区的晶粒急剧长大粗化，从而引起脆化。因此，预热温度的选择要慎重，一般控制在100～200℃，随着母材金属中铬含量的提高，预热温度可相应提高。但预热温度过高，又会使焊接接头过热而脆硬。此外，铁素体不锈钢的晶粒在900℃以上极易粗化且难以消除，因为热处理工艺无法细化铁素体晶粒。因此，焊接时应尽量采取小的热输入和较快的冷却速度；多层焊时，还应严格控制层间温度。4.3.3马氏体不锈钢的焊接性分析问题：冷裂纹、脆化，焊接性较差马氏体型不

8、锈钢主要是Fe-Cr-C三元合金，这类钢中高温下存在的奥氏体在不太慢的冷却条件下会发生奥氏体到马氏体的转变，属于淬硬组织的钢种。与其他类型的不锈钢相比