馬氏體鋼的焊接技巧
馬氏體鋼（MS-MartensiticSteel）的顯微組織幾乎全部為馬氏體組織。其具有較高的抗拉強(qiáng)度，其最高強(qiáng)度可達(dá)1600MPa，需進(jìn)行回火處理以改善其塑性，使其在如此高的強(qiáng)度下，仍具有足夠的成形性能，是目前商業(yè)化高強(qiáng)度鋼板中強(qiáng)度級別最高的鋼種。
馬氏體鋼有兩類：一類是簡單的Cr13系列鋼，例如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等；另一類是為了提高熱強(qiáng)性，以Cr12為基礎(chǔ)，加入W、Mo、V、Ti、Nb等元素的多元合金強(qiáng)化的馬氏體鋼，例如1Cr11MoV、1Cr12WMoV鋼等。馬氏體鋼具有較強(qiáng)的淬火傾向，一般由高溫奧氏體空冷即可淬火，形成馬氏體組織。但含碳量低的1Cr13經(jīng)淬火處理后具有馬氏體加鐵素體組織，屬于半馬氏體鋼。在上述兩類馬氏體鋼中，前者主要用于一般耐蝕條件（如大氣、海水及硝酸等）和要求一定強(qiáng)度的構(gòu)件，后者主要用于作熱強(qiáng)鋼。
一、馬氏體鋼的焊接性
馬氏體鋼淬硬傾向很大。在空冷的條件下能產(chǎn)生高硬度的馬氏體組織，在所有的不銹鋼和高合金耐熱鋼中其焊接性最差，焊接時容易產(chǎn)生以下問題：
1、焊接冷裂紋
這是馬氏體鋼很突出的問題。這一方面與其淬硬性大有關(guān)，另一方面也與馬氏體導(dǎo)熱性差，能引起較大的焊接內(nèi)應(yīng)力有關(guān)，特別是含碳量比較高的鋼和剛性比較大的焊接結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生焊接冷裂紋，因此，一般都需要采取預(yù)熱和焊后熱處理等措施。
2、焊接接頭脆化
①近縫區(qū)過熱脆化
多數(shù)馬氏體鋼由于其成分特點，其組織往往處于馬氏體-鐵素體的交界處。當(dāng)冷卻速度較大時，近縫區(qū)能產(chǎn)生粗大的馬氏體組織，使接頭塑性下降；當(dāng)冷卻速度較小時，則產(chǎn)生粗大的塊狀鐵素體和碳化物組織，使接頭的塑形更顯著下降，因此焊接時應(yīng)注意控制冷卻速度。
②回火脆化
馬氏體鋼及其焊接接頭在375～575℃的范圍內(nèi)加熱并逐漸冷卻時，能產(chǎn)生比較明顯的斷裂韌性降低現(xiàn)象。這是由回火脆化引起的，因此熱處理時應(yīng)避開回火脆化溫度區(qū)。
二、馬氏體鋼的焊接工藝要點
1、焊接方法
馬氏體鋼可采用除氣焊以外的所有熔焊方法進(jìn)行焊接，例如焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊等。由于這種鋼具有很大的冷裂敏感性，焊前必須嚴(yán)格清理焊件、烘干焊條，使焊接保持低氫甚至超低氫條件。當(dāng)焊接接頭的拘束度較大時，最好采用鎢極氬弧焊或熔化極氬弧焊。在不使近縫區(qū)過熱脆化的前提下適當(dāng)增大焊接熱輸入，可減少產(chǎn)生冷裂紋的傾向。
2、焊接材料
焊接材料的選擇應(yīng)視鋼種、焊接方法和接頭的工作條件的不同而異。為了保證使用性能的要求，焊縫的化學(xué)成分應(yīng)力求接近母材的成分，即宜選用與母材成分接近的焊接材料。但是在這種情況下，焊縫和熱影響區(qū)容易硬化變脆。為防止冷裂，焊后一般都需要進(jìn)行熱處理。當(dāng)焊件不允許進(jìn)行熱處理時，宜采用25-20、25-13型奧氏體鋼焊接材料焊接，以形成奧氏體焊縫，松弛焊接應(yīng)力，并能較多地固溶氫，降低冷裂傾向。奧氏體焊縫塑性和韌性高，但強(qiáng)度較低，因而只適用于應(yīng)力不高的靜載條件下工作的焊件，而且由于焊縫與母材的熱物理性能差異較大，在高溫下工作時，在接頭的界面能產(chǎn)生較高的附加應(yīng)力和導(dǎo)致接頭提前失效，因此也不適用于高溫下工作的焊件。焊條電弧焊時，通常采用低氫型焊條，焊前經(jīng)400～450℃烘干兩小時。埋弧焊應(yīng)采用低硅高堿性或弱酸性的焊劑，如HJ172、HJ173、HJ251等。TIG焊主要用于多層焊時的封底焊和薄件焊接。
3、預(yù)熱和層間溫度
預(yù)熱并保持層間溫度是防止冷裂紋的一項重要工藝措施。預(yù)熱溫度的選擇首先要考慮鋼中的含碳量，其次考慮接頭的拘束度、填充金屬的成分和焊接方法等。表1是按含碳量分級推薦的預(yù)熱溫度、熱輸入等。如果接頭的拘束度大，應(yīng)相應(yīng)提高預(yù)熱溫度和層間溫度。層間溫度應(yīng)不低于預(yù)熱溫度。用奧氏體鋼焊接材料焊接時，視焊件厚度可不預(yù)熱或低溫預(yù)熱。
▽馬氏體鋼焊接時推薦采用的預(yù)熱溫度、熱輸入
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碳的質(zhì)量
分?jǐn)?shù)%
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預(yù)熱溫度
范圍℃
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焊接熱輸入
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焊后熱處理
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0.10以下
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100~150
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中等熱輸入
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按壁厚度
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0.10~0.20
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150~250
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中等熱輸入
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任何厚度
均需熱處理
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0.20~0.50
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250~300
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高熱輸入
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4、焊后熱處理
焊后熱處理是防止冷裂紋的另一項重要工藝措施。在選用與母材成分接近的焊接材料時，一般都需要進(jìn)行焊后回火熱處理。當(dāng)選用奧氏體鋼焊接材料焊接時，一般不需要焊后熱處理。為了保證焊后奧氏體能完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，不允許焊后立即進(jìn)行回火處理，須使接頭冷卻到Ms點以下某個溫度并保持一定時間后，再進(jìn)行高溫回火處理。因為如果焊后立即回火，就會使奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變和碳化物沿奧氏體晶界沉淀，這種組織是很脆的。但是，為了防止冷裂，也不允許接頭冷卻到室溫以后再進(jìn)行高溫回火處理，通常是冷卻到100～150℃時進(jìn)行回火處理。
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