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        馬氏體不銹鋼標準合金種類和焊接材料

        2018-4-2 13:23:18      點擊:

         馬氏體不銹鋼是以Fe-Cr-C三元系為基礎的。除了冷卻很慢,比如隨爐冷卻外,在一般熱-機械加工狀態,這種鋼都經過同素異構轉變,由奧氏體生成馬氏體。這種鋼常稱為空氣淬硬鋼,這是因為從爐中以奧氏體狀態取出后,在靜止的空氣中冷卻的速度就快得足以產生大量的馬氏體。正常的焊接冷卻速度也快得足以產生以馬氏體為主的焊縫和HAZ微觀組織。

                馬氏體不銹鋼可以達到很寬的強度范圍,屈服強度可以從退火狀態下的275MPa40ksi)到淬火+回火狀態(高碳類)下的1900MPa(280ksi)。對于大多數工程應用,淬火后的鋼一般要進行回火,以得到所需的韌性和塑性,淬火+回火處理也可以得到高的硬度,以改善金屬對金屬的抗磨損和抗擦傷的能力。

                一般講,馬氏體不銹鋼由于其較低的鉻含量[w(Cr)=12%~14%]和較高的碳含量(和更耐腐蝕的不銹鋼比較),其耐蝕性不如其他不銹鋼鋼種。這種鋼一般是用在同時要求高強度和耐腐蝕的大氣環境中。由于馬氏體不銹鋼的鉻及其他合金元素含量低,所以其價格也比其他類型不銹鋼低。

                馬氏體不銹鋼的一般用途包括在較低溫度下工作的蒸汽輪機、燃氣輪機和噴射式渦輪發動機的葉片、蒸汽管道,大型水輪機,淡水運河船閘,石油采集及精煉用管道和閥門以及連鑄輥表面熔敷金屬等。低碳超級馬氏體類鋼越來越多地用于油、氣管道。而高碳高鉻類馬氏體鋼則用于制造外科手術器械、餐具、齒輪和軸等物件。

                馬氏體不銹鋼一般不用于高于650℃(1200°F)的工作環境,因為力學性能和耐腐蝕性能都會變差。在焊接冷卻時因為形成未經回火的馬氏體,所以馬氏體不銹鋼是各種不銹鋼中焊接性最差的。和很多難焊的結構鋼類似,在焊接馬氏體類不銹鋼時要特別當心,尤其是對碳的質量分數高于0.1%的鋼。表1列出了標準的馬氏體不銹鋼的板材和鑄材,更完全的合金名錄請參見機械工業出版社出版的《不銹鋼焊接冶金學及焊接性》。

               馬氏體不銹鋼根據它對氫致裂紋或叫冷裂紋的敏感性可分為三組。分類是根據其碳含量,因為碳很大程度上決定焊后狀態下馬氏體的硬度,而后者直接影響它對冷裂紋的敏感性。焊接時困難最小的一組包括碳的質量分數接近或低于0.06%的鋼。這組鋼的最高硬度限于洛氏硬度35HRC以下,用焊接低合金高強度鋼相似的工藝就能成功焊接。第二組包括碳的質量分數約為0.06%~0.30%的鋼,這組鋼焊后硬度范圍由高于35HRC直到大約55HRC,因而有較高的裂紋傾向,相應地要求高達315(600°F)的高溫預熱。第三組鋼包括碳的質量分數高于0.30%焊后硬度達到5565HRC的鋼,這組鋼為了避免裂紋要求非常特殊的焊接工藝。

               大量鉻的質量分數在11.5%~18%的馬氏體鋼可供采用,其中大多數用于結構用的鋼種,碳的質量分數在0.1%~0.25%范圍。某些鋼加有少量Mo、VW,這些元素通過形成穩定的碳化物而提高高溫強度。添加Ni是為了增加韌性。而高碳含量的440型不銹鋼是用于要求高硬度,高耐磨性和高耐蝕性的場合。

                焊接馬氏體不銹鋼時為了和母材強度匹配,要求用等匹配或近匹配(指成分匹配)的焊接填充金屬。得到的焊縫金屬也要能承擔和母材相似的焊后熱處理。然而并不是所有的母材金屬都能從AWS(美國焊接協會)規定的焊接材料品種中找到匹配的填充金屬,表2列出了AWS填充金屬分類和由其熔敷的馬氏體不銹鋼金屬成分,以及由其匹配的母材金屬牌號。還有很多未列入分類的專賣填充金屬,大部分是用于埋弧焊的藥芯焊絲,其熔敷金屬屬于中碳范圍,主要用于軋鋼機連鑄器輥輪的表面熔敷。在某些應用場合,特別是當焊縫金屬氫致裂紋成為主要問題時,要求選用奧氏體填充金屬焊馬氏體不銹鋼母材,因為奧氏體有較高的氫溶解度并且本身不會產生氫致裂紋。另一個經常要求用奧氏體填充金屬的場合是:要焊的馬氏體鋼母材處于退火狀態,而焊件又要求在焊后狀態使用。奧氏體不銹鋼填充金屬被馬氏體母材稀釋后會產生奧氏體+鐵素體兩相組織,除了母材處于退火狀態,這種焊縫組織會比母材軟得多。對于含有鐵素體的焊縫,在進行焊后熱處理時要實施某些預防措施,因為在標準的回火溫度范圍內有可能產生σ相脆化。

                Ni基填充金屬和馬氏體鋼在冶金上也是相容的,當母材金屬對其稀釋不嚴重時,會形成全奧氏體焊縫金屬。無論從性能(強度)還是從價格角度考慮,一般不使用異種金屬作為填充金屬。然而對于馬氏體不銹鋼和奧氏體合金之間的過渡接頭,也可能用異種填充金屬,這是因為過渡接頭要求其線脹系數也具有過渡性,或者是因為要求其焊縫金屬強度只需高于最薄弱的部件。

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