马氏体不锈钢的焊接特点

出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第550页（1380字）

马氏体不锈钢主要是Fe－Cr－C合金，一般含11．5%～18%Cr。包括普通Cr13钢、热强马氏体不锈钢和超低碳复相马氏体不锈钢。马氏体不锈钢的焊接冶金性能主要与碳含量和铬含量有关。除了超低碳复相马氏体不锈钢，常见马氏体不锈钢均有脆硬倾向，并且含碳量越高，脆硬倾向越大。超低碳复相马氏体钢无脆硬倾向，并具有较高的塑韧性。对于铬含量较高的马氏体不锈钢(≥17%)，奥氏体区域已被缩小，淬硬倾向较小^［5］。因此焊接碳含量较高，铬含量较低的马氏体不锈钢时，常见问题是热影响区脆化和冷裂纹。

1．热影响区脆化

马氏体不锈钢尤其是铁素体形成元素含量较高的马氏体不锈钢，具有较大的晶粒长大倾向。冷却速度较小时，焊接热影响区易产生粗大的铁素体和碳化物；冷却速度较大时，热影响区会产生硬化现象，形成粗大的马氏体。这些粗大的组织都使马氏体不锈钢焊接热影响区塑性和韧性降低而脆化。此外，马氏体不锈钢还具有一定的回火脆化，因此焊接马氏体不锈钢时，要严格控制冷却速度。防止热影响区脆化的措施有：

(1)正确选择预热温度，预热温度不应超过450℃，以避免产生475℃脆化。

(2)合理选择焊接材料调整焊缝的成分，尽可能避免焊缝中产生粗大铁素体。

2．焊接冷裂纹

马氏体不锈钢含铬量高，固溶空冷后会产生马氏体转变。焊接时近缝区和焊接热影响区的组织为硬而脆的马氏体组织。随着淬硬倾向的增大，接头对冷裂更加敏感，尤其当焊接接头刚度大或有氢存在时，马氏体不锈钢更易产生延迟裂纹。

对于焊接含镍较少，含铬、钼、钨或钒较多的马氏体不锈钢，焊后除了获得马氏体组织外，还形成一定量的铁素体组织。这部分铁素体组织使马氏体回火后的冲击韧性降低。在粗大铸态焊缝组织及过热区中的铁素体，往往分布在粗大的马氏体晶间，严重时可呈网状分布，这会使焊接接头对冷裂纹更加敏感。防止冷裂纹的措施有：

(1)正确选择焊接材料 为了保证使用性能，最好采用同质填充金属；为了防止冷裂纹，也可采用奥氏体不锈钢型填充金属。

(2)焊前预热 预热是防止焊缝硬脆和产生冷裂纹的一个很有效的措施。预热温度可根据工件的厚度和刚性大小来决定，一般为200～400℃，含碳量越高，预热温度也越高。但从接头质量看，预热温度过高，会在接头中引起晶界碳化物沉淀和形成铁素体，对韧性不利，尤其是焊缝含碳量偏低时。这种铁素体+碳化物的组织，仅通过高温回火不能改善，必须进行调质处理。

(3)采用较大的焊接电流，减缓冷却速度，以提高焊接线能量。

(4)焊后处理 焊后缓冷到150～200℃，并进行焊后热处理以消除焊接残余应力，去除接头中扩散氢，同时也可以改善接头的组织和性能；