高碳馬氏體與奧氏體不銹鋼焊接可行性研究

穆景權(quán)

（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(quán)

（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(duì)接焊接試驗(yàn)，通過對(duì)焊接試樣的分析，評(píng)定兩種組織的不銹鋼焊接的可靠性。結(jié)果表明：由于碳含量偏高，焊接后的不銹鋼在熱影響區(qū)更易發(fā)生斷裂；焊接后的熱處理只能起到細(xì)微的細(xì)化晶粒的作用，對(duì)焊接性能沒有改善效果。

高碳馬氏體焊接工藝熱影響區(qū)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(diǎn)，集各種材料的優(yōu)點(diǎn)于一身，既有高的強(qiáng)度、高的硬度及好的耐磨性，又有較強(qiáng)的耐腐蝕性能及淬透性。將高碳馬氏體不銹鋼應(yīng)用于刃具，效果優(yōu)異。

馬氏體不銹鋼能在退火、硬化與回火的狀態(tài)下焊接，無論鋼材的原先狀態(tài)如何，經(jīng)過焊接后都會(huì)在鄰近焊道處產(chǎn)生一個(gè)硬化的馬氏體區(qū)。熱影響區(qū)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?yàn)樘己枯^高，因此其熱影響區(qū)更易產(chǎn)生龜裂及斷層[1-2]。

太鋼不銹冷軋廠生產(chǎn)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(xù)生產(chǎn)，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(duì)兩種組織的不銹鋼焊接可行性進(jìn)行研究評(píng)定，檢驗(yàn)其可靠性。

1　焊接工藝試驗(yàn)

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

表1　成分分析　%

表2　夾雜物分析　級(jí)

表3　預(yù)先熱處理工藝

與304鋼種進(jìn)行對(duì)焊，焊接方式為熔化極氣體保護(hù)焊，焊絲為308 L，焊接參數(shù)（最終試驗(yàn)工藝數(shù)據(jù)）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(jìn)行的拉伸及彎曲實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)在馬氏體不銹鋼側(cè)發(fā)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(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行金相檢查，結(jié)果如圖3—圖6所示。

圖3　304與4號(hào)焊接接頭顯微組織照片

圖4　304與13號(hào)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(qū)晶粒并不粗大。對(duì)焊接接頭進(jìn)行熱處理，熱處理制度如下：

圖6　304與11號(hào)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(duì)處理前后熱影響區(qū)的組織進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7　304與13號(hào)焊接接頭熱處理后熱影響區(qū)的顯微組織照片

圖8　304與11號(hào)焊接接頭熱處理后熱影響區(qū)的顯微組織照片

可以發(fā)現(xiàn)，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(jìn)行的彎曲試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，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(qū)的金相照片如圖9—圖11所示。

圖9　304與4號(hào)焊接接頭熱處理后熱影響區(qū)的顯微組織照片

圖10　304與2號(hào)焊接接頭熱處理后熱影響區(qū)的顯微組織照片

圖11　304與11號(hào)焊接接頭熱處理后熱影響區(qū)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(qū)的金相照片并無太大區(qū)別。在隨后的彎曲實(shí)驗(yàn)中也可以證明這一點(diǎn)。

1）870℃等溫處理30 min，隨后緩冷至720℃保溫90min，出爐空冷。對(duì)2號(hào)及熱處理后的13號(hào)熱影響區(qū)進(jìn)行電鏡分析，結(jié)果如圖12、圖13所示。

圖12　304與2號(hào)焊接接頭熱影響區(qū)電鏡照片及成分分析

圖13　304與13號(hào)焊接接頭熱影響區(qū)熱處理后電鏡照片及成分分析

從電鏡對(duì)組織的成分分析可以看出，焊接后熱影響區(qū)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(jì)這是產(chǎn)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(qū)電鏡照片如圖14—圖17所示。

圖14　304與4號(hào)焊接接頭熱處理后熱影響區(qū)的顯微組織照片

圖15　304與2號(hào)焊接接頭熱處理后熱影響區(qū)的顯微組織照片

圖16　304與11號(hào)焊接接頭熱處理后熱影響區(qū)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(jié)果并無太大差異；在熱影響區(qū)存在的富鉻相并不會(huì)消失，只是第二種熱處理的富鉻相更加彌散。

對(duì)焊接后的母材性能進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)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(jié)論

1）304與7Cr17或9Cr18焊后熱影響區(qū)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(xì)化熱影響區(qū)組織，但對(duì)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(jī)械工業(yè)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(quán)（1976—），男，從事不銹鋼冷軋工藝技術(shù)及質(zhì)量控制管理工作，工程師。