沉淀硬化型不锈钢焊接探究

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：2.沉淀硬化半奥氏体型不锈钢的焊接特点在固溶或退火状态下，该类钢的组织为奥氏体加5％～25％的铁素体，经过系列的热处理或机械变形处理后奥氏体转变为马氏体，再通过时效析出硬化达到超高强度。

（一）沉淀硬化型不锈钢的焊接特点

1.沉淀硬化马氏体型不锈钢的焊接特点

该类钢在高温下为奥氏体组织，因为其Ms点（马氏体转变开始点）较高，Mf点（马氏体转变结束点）也在室温以上，所以经过固溶处理后即可形成马氏体组织。与此同时，由于含有在马氏体中固溶度小的Cu、Al、Mo、Ti、Nb等强化元素，再经低温回火后，可达到时效强化。

该类钢具有良好的焊接性，且进行同材质等强度焊接时，在拘束度不大的情况下，一般不需要焊前预热或后热；以及焊后热处理采用同母材相同的低温回火时效将可获得等强度的焊接接头。当不要求等强度的焊接接头时，通常采用奥氏体类型的焊接材料焊接，不预热、不后热，且焊接接头中不会产生裂纹；在热影响区，虽然形成马氏体组织，但由于碳含量低没有强烈的淬硬倾向，在拘束度不大的情况下，也不会产生裂纹。但要考虑母材与焊缝金属膨胀系数不同而产生的应力作用。

2.沉淀硬化半奥氏体型不锈钢的焊接特点

在固溶或退火状态下，该类钢的组织为奥氏体加5％～25％的铁素体，经过系列的热处理或机械变形处理后奥氏体转变为马氏体，再通过时效析出硬化达到超高强度。

该类钢具有良好的焊接性，当焊缝与母材成分相同时，即要求同材质焊接时，在焊接热循环的作用下，可能出现如下问题：①焊缝和近缝区加热温度远高于通常固溶处理温度，铁素体相比例有所增加，当铁素体含量过高时，可能引起接头的塑性显著降低而脆化。采用同质焊材焊接时，焊缝金属中约含有25％的铁素体，脆化倾向较大。为此硅、铬、铝等铁素体元素的含量应降低，减少焊缝的铁素体含量。②在焊接接头（包括同材焊缝和HAZ近缝区）的高温区，碳化物，特别是铬的碳化物溶解入奥氏体基体，提高了基体的有效合金元素含量，以及奥氏体的稳定性；降低了焊缝和近缝区的Ms点，使奥氏体在低温下都难于转变成马氏体，以及焊接接头的强度难于与母材匹配。为此必须采用适当的焊后热处理，使碳化物析出，降低合金元素的有效含量，以及促进奥氏体向马氏体的转变。通常是焊接结构焊后进行整体复合热处理，其中包括：

1）焊后调整热处理：746℃加热3h空冷，使铬的碳化物析出，提高Ms点，促进马氏体转变。

2）低温退火：930℃加热1h，水淬，使Cr23 C6等碳化物从固溶体中析出，大大提高Ms点。

3）冰冷处理：在低温退火的基础上，立即进行－73℃保持3h的冰冷处理，使奥氏体几乎全部转变为马氏体，然后升温到室温。

当不要求同材质等强度焊接时，可采用常用的奥氏体型焊接材料（如E308L、E316L），焊缝与热影响区均没有明显的裂纹敏感性，焊后亦可免去时效处理等工序。但要考虑母材与焊缝金属膨胀系数不同而产生的应力作用。

3.沉淀硬化奥氏体型不锈钢的焊接特点

该类钢的化学成分特点是铬镍含量高，Ms点在常温以下，固溶后的奥氏体极为稳定，即使经受冷加工后也保持奥氏体组织。其硬化机理是通过加入一些低温下固溶度小的化学元素使奥氏体为过饱和状态，在时效过程中析出强化相，达到硬化的目的。

由于强化元素（主要是P）的差异，焊接性也有很大差别。例如06Cr15Ni25MoTiAlVB，虽然含有较多的时效强化元素，但其焊接性与半奥氏体沉淀强化不锈钢的焊接性相当，采用通常的熔焊工艺时，裂纹敏感性小，且焊前不需要预热或后热，焊后按照母材时效处理的工艺进行焊后热处理即可获得接近等强度的焊接接头。但对于17-10P不锈钢（美国非标准沉淀硬化不锈钢）尽管严格控制了S的含量，由于P含量高达3％，高温时磷化物在晶界的富集不可避免，由此造成近缝区具有很大的热裂纹敏感性与脆性，致使熔焊工艺难以采用，而一些特种焊的工艺如闪光焊及摩擦焊工艺比较适合于该钢种的焊接。

（二）沉淀硬化型不锈钢的焊接工艺要点

除高P含量的沉淀硬化奥氏体不锈钢（17-10P）外，焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊钨极氩弧焊等熔焊工艺方法都可用于沉淀强化型不锈钢的焊接。

焊接材料目前还缺乏标准化的同质焊接材料，可采用普通奥氏体钢焊接材料，较常用的有E308和E316型焊接材料。不足之处是低强匹配；另外，也有因焊缝金属与母材膨胀系数不同而产生的应力作用。

沉淀硬化型不锈钢焊接探究

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