00Cr19Ni10不銹鋼焊接接頭性能的研究

摘 要：文章主要對00Cr19Ni10不銹鋼的焊接接頭進行研究，通過對不銹鋼板的焊接，對焊接接頭進行拉伸試驗、顯微硬度、微觀組織及鐵素體數(shù)量測量試驗；測試得出00Cr19Ni10不銹鋼焊接接頭的力學性能的準確數(shù)值，通過對接頭組織的金相分析和鐵素體數(shù)量測量，得出組織中有組織長大趨勢會產(chǎn)生粗大柱狀晶，00Cr19Ni10的鐵素體含量控制在3%～8%區(qū)間內(nèi)，可以防止熱裂紋的產(chǎn)生并提高了焊接接頭力學性能。

關鍵詞：00Cr19Ni10不銹鋼；力學性能；焊接接頭

前言

奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的鋼種，產(chǎn)量約占不銹鋼總產(chǎn)量及用量的70%，該類鋼是一種十分優(yōu)良的材料[1]，有極好的抗腐蝕性和生物相容性，因而在各領域中得到廣泛應用[2]。奧氏體不銹鋼在焊接時容易產(chǎn)生熱裂紋，包括焊縫的縱向和橫向裂紋、火口裂紋、打底焊的根部裂紋和多層焊的層間裂紋等[3]，00Cr19Ni10鋼是奧氏體不銹鋼中很有代表性的鋼，屬于18-8型奧氏體不銹鋼[4]，相當于ASME材料304L，塑性和韌性比較好，在焊接過程中一般很少出現(xiàn)淬火硬化現(xiàn)象，但其線膨脹系數(shù)要遠遠大于一般碳鋼的線膨脹系數(shù)，接頭加工硬化能力強[5]，因而易出現(xiàn)焊接熱影響發(fā)生軟化現(xiàn)象，但是它的抗拉強度仍然很高，因此在焊接時很少考慮接頭的強度問題[6]，主要考慮的是焊接熱裂紋和焊接過程中的熱脹冷縮所帶來的焊接變形問題[7]。

1 實驗方法

采用厚度為4mm的00Cr19Ni10板進行焊接工藝試驗。填充金屬用ER308L的焊絲，焊接采用純氬保護氣體，焊接選用日本產(chǎn)P-300直流氬弧焊機，焊完后對接頭進行力學性能和微觀組織分析。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 機械力學實驗

參照GB2651-89《焊接接頭拉伸試驗方法》，對接頭進行拉伸試驗，測定焊接接頭的抗拉強度。拉伸試樣沿著垂直于焊縫方向截取，截取的試樣端部經(jīng)機械加工后，使縱軸與焊縫的軸線吻合，焊縫位于試樣中心。拉伸試驗結(jié)果為σs=690（N.mm-1），δ=70%，可以看出，焊接接頭抗拉強度均高于要求值，且有較大富裕量；面彎和背彎試樣彎曲后，未產(chǎn)生裂紋或缺陷，表明焊接接頭連續(xù)、致密，塑性較好。

采用HVS-1000型維氏硬度計，測試焊態(tài)下焊接接頭焊縫金屬、熱影響區(qū)金屬和母材金屬三個區(qū)域的顯微硬度。在焊接過程中，由于00Cr19Ni10不銹鋼的淬透性好，焊接后的空冷過程中在熱影響區(qū)和焊縫形成奧氏體組織，特別是在熱影響區(qū)和焊縫的交界處，冷卻速度加快，形成了奧氏體組織，極大地提高了硬度，顯微硬度如圖1所示。

2.2 金相組織試驗

經(jīng)5%弱酸電解溶液腐蝕后，進行焊接接頭宏觀檢查，受檢面焊縫均未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，在400×放大鏡下觀察焊縫、熱影響區(qū)、母材三區(qū)顯微組織均為奧氏體+鐵素體，焊縫中鐵素體含量較高，組織有所粗化，但未出現(xiàn)明顯的粗大（貫通）柱狀晶。母材顯微組織均勻。焊接接頭宏觀及微觀組織檢查，如圖2所示：

2.3 焊縫及母材δ鐵素體數(shù)量的測量

采用瑞士產(chǎn)MP30鐵素體檢測儀測量焊縫及母材δ鐵素體（Fe%）及（FN）數(shù)值，測量7次，取平均值，焊縫中δ鐵素體（Fe%）和（FN）分別為9.2和7.4，而母材中分別為0.43和0.42，可以看出，焊縫及母材δ鐵素體（Fe%）及（FN）數(shù)值均一、穩(wěn)定。奧氏體不銹鋼中通常都含有一定數(shù)量的鐵素體（5%～15%）。鐵素體的作用具有雙重性，奧氏體不銹鋼母材和焊材中一定數(shù)量的鐵素體（5%～15%）對防止焊接熱裂紋，提高焊縫抗晶間腐蝕和應力腐蝕能力都有十分重要的作用，同時鑄件中一定數(shù)量的鐵素體含量（5%～20%）對防止鑄造熱裂紋，提高鑄件力學性能也都是有利的。在一些特定的環(huán)境，如高溫、超低溫以及選擇腐蝕環(huán)境，應控制其不利作用。鐵素體含量過高會損害奧氏體不銹鋼的可鍛性，特別是用于大鍛造比的鍛件，鑄坯限制鐵素體的含量是合理而必要的，通常限制在3%～8%。

3 結(jié)束語

通過制定合理的焊接工藝，可以在一定程度上控制熱影響區(qū)晶粒的長大趨勢，從而提高00Cr19Ni10不銹鋼的焊接性。

不銹鋼多為薄壁板材，氬弧焊可提高焊縫焊接性能，防背面氧化。

00Cr19Ni10的鐵素體含量控制在3～8%區(qū)間內(nèi)，可以防止熱裂紋的產(chǎn)生并提高了焊接接頭力學性能。

參考文獻

[1]陳連山，陳兵輝，安金平.304L不銹鋼氬弧焊接工藝特點及常見缺陷的防治措施[J].石油工程建設，2008，34（3）：49-50.

[2]周金枝，鐘斌.用熱處理方法消除奧氏體不銹鋼焊接殘余應力[J].湖北工業(yè)大學學報，2007，22（4）：88-90.

[3]丁立平.我國焊接材料的發(fā)展現(xiàn)狀及其面臨的機遇和挑戰(zhàn)[J].鋼鐵研究報，2012，11（4）：70.

[4]吳玖.雙相不銹鋼及超級雙相不銹鋼的現(xiàn)狀及發(fā)展[M].北京：中國機械工程學會，2012.

[5]張文鉞，侯勝昌.雙相不銹鋼的焊接性及焊接材料[J].焊接技術(shù)，2012，33（1）：40.

[6]楊瑞成，王暉，鄭麗平，等.高性能鎳基耐蝕合金的特性與研究動向[J].材料導報，2011，15（11）：21.

[7]王成，巨少華，荀淑玲，等.鎳基耐蝕合金研究進展[J].材料導報：綜述篇，2011，23（2）：7121.

作者簡介：李增榮（1979-），甘肅天水人，副教授。