铬镍系(超级)马氏体不锈钢

出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第881页（1929字）

在铬系马氏体不锈钢中加入镍、钼降低碳含量，成为含镍、钼的马氏体不锈钢。这种钢在不同温度下产生不同数量的逆变奥氏体，但均能保持铬系马氏体的强度和硬度，同时又提高钢的塑韧性，特别是其焊接性得到了根本改善。表2－8是低碳铬镍系马氏体不锈钢的化学成分。这类马氏体不锈钢除具有一定的耐蚀性外，还具有良好的抗汽蚀、耐磨损性能，在水轮机、大型水泵及核电站、油汽输送管道中获得广泛使用。

表2－8 常用低碳铬镍系马氏体不锈钢的化学成分(质量分数)(%)

注：①表中的单值为最大值。

②其他钢种的P、S含量不大于0．03。

铬镍系马氏体不锈钢因焊接性良好，通常均采用同质焊材，不需要预热或仅需要低温(150℃以下)预热，但需进行焊后热处理以保证焊缝及热影响区逆变奥氏体，恢复其塑韧性。铬镍系马氏体不锈钢焊接材料见表2－8。

表2－9、表2－10是我国研制成功并在工程上使用的两种低碳含镍、钼的马氏体不锈钢及其力学性能。

表2－9 0Cr13Ni4Mo、0Cr14Ni6Mo钢化学成分(%)

表2－10 0Cr13Ni4Mo、0Cr14Ni6Mo钢组织及性能

通过模拟焊接热循环试验研究了含Ni、Mo低碳马氏体钢的淬硬倾向。图2－12是0Cr13Ni4Mo钢热模拟试验曲线。图2－13是用热模拟试样加工成冲击试样的试验结果。由曲线1、2得知0Cr13Ni4Mo钢因焊接加热其冲击韧性与母材(曲线4)相比有所降低，但仍处在较高水平，表明0Cr13Ni4Mo钢受焊接热作用的淬硬倾向不大。在约－40℃以下，冲击韧性降低幅度虽然较大。但经过600℃×2h的回火处理，其韧性又恢复到接近母材的性能(曲线3)。

图2－12 焊接热模拟参数实际曲线

图2－13 焊接热模拟与最佳热处理工艺系列冲击转变曲线

1－A₁热循环工艺；2－A₂热循环工艺；3－A₂热循环工艺+PWHT；4－1000℃0．5h油淬，610℃+600℃各2h空冷

表2－11是0Cr14Ni6Mo钢模拟焊接热循环试样的冲击韧性和硬度与逆变奥氏体量的关系，结果表明马氏体钢焊态冲击韧性的降低、硬度的提高与在焊接高温下热影响区中逆变奥氏体量的减少有关。焊后再进行600℃×2h热处理，其逆变奥氏体量得以较好恢复，因此韧性提高，硬度降低。

表2－11 0Cr14Ni6Mo钢模拟焊接热处理硬度、韧性与逆变奥氏体量

由于加热对含Ni、Mo低碳马氏体钢塑韧性及淬硬倾向的影响不太显着，因此其抗裂性能也比较好。表2－12是0Cr14Ni6Mo钢用巴顿刚性试验和斜Y型剖口小铁研试验进行的裂纹敏感性试验结果。可以看出，在预热50℃，甚至不预热的情况下，用两种方法均未发现任何裂纹(包括热裂纹及冷裂纹)。

表2－12 0Cr14Ni6Mo钢用00Cr17Ni6Mo焊条^①抗裂试验结果

注：①00Cr17Ni6Mo焊条成分(%)C0．018，Si≤0．10，Mn1．58，P0．015，S0．030，Cr17．00，Ni5．2，Mo1．10，N0．023。

综上所述，Cr系马氏体不锈钢在降C、增加Ni、Mo合金元素以后，在回火状态下，钢中产生一定的逆变奥氏体相，焊接加热时的晶粒长大趋势受到抑制，降低了淬硬倾向，改善了塑韧性。同时由于逆变奥氏体的存在，提高了吸藏氢能力，降低了氢的扩散作用，使焊接冷裂纹的敏感性大大降低。这种钢的另一特点是可以通过焊后热处理恢复逆变奥氏体量，进一步改善焊接头的性能，因而在大型焊接结构如水电、火电、核电等工程和压力容器中有广阔的应用前景。这类钢各种厚度的板材均可焊接，即使特厚板电渣焊，也可以不预热和焊后不需立即处理。