马氏体不锈钢是什么？常用焊接方法及材料有哪些？

什么叫马氏体不锈钢？

在常温状态下，其内部结构呈现为马氏体形态，这类不锈钢可以通过加热处理来改变其机械特性，通俗来讲，它们属于能够增强硬度的钢种，常见的马氏体不锈钢种类包括1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr13Mo、1Cr17Ni2、2Cr13Ni2、9Cr18、9Cr18MoV等。

2.常用焊接方法

焊接马氏体不锈钢能够运用多种电弧焊接技术完成,目前主要还是采用焊条电弧焊接,若选用二氧化碳气体保护焊接或者氩气和二氧化碳的混合气体保护焊接,则能显著减少焊缝里的氢元素含量,进而降低焊缝在冷却时产生裂纹的易发性。

3.常用焊接材料

（1）Cr13 型马氏体不锈钢焊条和焊丝

当对焊缝强度有严格标准时，选用Cr13型马氏体不锈钢焊条和焊丝，能够使焊缝金属的化学成分接近母材，不过焊缝容易产生冷裂纹问题。

注意事项：

焊接前必须先进行温度控制，初始升温不可以超过450度，这是为了防止在475度时出现脆性现象，焊接完成之后要实施热处理工艺，具体步骤是先让温度降到150到200度之间，保持这个状态两小时，目的是促使奥氏体全部转化为马氏体，接着马上进行高温回火，把温度提升到730到790度，保持的时间按照每1毫米的板厚需要10分钟来计算，但总时长不能少于两个小时，最后采用空冷的方式结束整个热处理过程。

焊接材料中 S、P 的成分需控制在0.015%以下，Si 的成分不得超过0.3%。若 Si 含量过高，会促使粗大的初次铁素体形成，进而降低连接处的延展性。碳的成分通常要低于原材料的含碳量，这样做可以减弱淬硬倾向。

（2）Cr-Ni 奥氏体型不锈钢焊条与焊丝

Cr-Ni奥氏体钢种焊缝金属延展性强，有助于缓解热影响区马氏体相变时出现的内应力。Cr-Ni奥氏体不锈钢种焊缝金属对氢的容纳量高，能够降低氢从焊缝金属向热影响区迁移的速度，从而有效避免冷脆现象，因此无需进行预热操作。不过焊缝金属的力学强度不高，且焊接完成后无法借助热处理手段来提升其强度水平。

4.常见的焊接问题

（1）焊接冷裂纹

马氏体不锈钢的含铬量很高，这显著增强了它的硬化能力，焊接时不管它原来的状态怎样，总会使焊缝附近区域形成马氏体结构，硬化趋势越明显，连接部位对冷脆现象就越敏感，特别是在有氢气的情况下，马氏体不锈钢还会出现更严重的氢引起的滞后性开裂现象。

措施：

1）采用大线能量 较大的焊接电流，可以减缓冷却速度；

2）对于不同的钢种层间温度不同，一般不低于预热温度；

焊接完成后，需缓慢冷却至150度到200度之间，接着实施焊后热处理，目的是消除因焊接产生的残余应力，清除接头内部的扩散氢，而且还能优化接头的组织结构，提升其综合性能。

（2）热影响区脆化

马氏体型不锈钢，特别是含有较多铁素体形成元素的此类钢种，倾向于出现晶粒显著粗化现象。当冷却速率偏低时，焊接影响区域容易形成粗大的铁素体以及碳化物聚集；而当冷却速率偏高时，该区域则会出现硬化效应，导致粗大的马氏体组织生成。所有这些粗大的组织都会降低马氏体不锈钢焊接影响区域的塑性，削弱其韧性，最终引发脆化问题。

措施：

1)控制合理的冷却速度；

要恰当确定预热的度数，这个度数不可以超出四百五十度，倘若接头持续处在高温之中，或许会形成四百七十五度时的脆性现象

要恰当挑选焊接用料，以调节焊缝的化学构成，务必防止焊缝里出现粗大的铁素体组织。

5.焊接工艺

1）焊前预热

焊接前的加热是为了避免出现冷性断裂的关键工艺环节。如果碳元素的百分比含量介于百分之一到百分之二之间，那么加热温度需要设定在二百到二百六十度之间。针对那些刚性比较强的焊接部件，可以将其预热温度提升到四百到四百五十度之间。

2）焊后冷却

焊接完成的作品，不能马上从高温状态直接加热做回火处理，由于焊接时奥氏体可能没有完全变化，如果焊接后立刻加热回火，会出现碳化物在奥氏体晶界沉积，奥氏体向珠光体变化，造成晶粒变粗的现象，显著削弱了韧性效果。所以，做回火处理之前，必须让焊接件慢慢冷却，确保焊缝和受热影响区域的奥氏体基本都转变完了。对于柔韧性较好的焊接部件，能够使其冷却至常温并实施回火处理；对于截面尺寸较大的焊接体，必须借助更为复杂的制作流程；在焊接完成之后，应将部件冷却至一百至一百五十摄氏度，保持温度持续半小时至一小时，随后再升温至适宜回火的温度值。

3）焊后热处理

旨在降低熔接接头的强度和受热影响区域的脆性，提升延展性和抗拉能力，并降低焊接时产生的内应力。热处理后分为两种工艺，一种是回火，另一种是彻底退火。回火时，温度设定在六百五十度到七百五十度之间，保持一小时后自然冷却；如果焊接件需要后续机械加工，为了获取最低的硬度值，则应采用彻底退火，退火温度需达到八百三十度到八百八十度，持续保温两小时，然后炉内冷却至五百九十五度，再进行自然冷却。

4）焊条的选用

焊接马氏体不锈钢的焊条，可以分为铬不锈钢焊条和铬镍奥氏体不锈钢焊条这两种主要类型。常见的铬不锈钢焊条包括E1-13-16（G202）、E1-13-15（G207）；常用的铬镍奥氏体不锈钢焊条有E0-19-10-16（A102）、E0-19-10-15（A107）、E0-18-12Mo2-16（A202）、E0-18-12Mo2-15（A207）等

双相不锈钢的焊接

1.双相不锈钢的焊接性

双相不锈钢的熔接特性融合了奥氏体钢与铁素体钢的各自长处，同时规避了它们各自的短处。

（1）热裂纹的敏感性比奥氏体钢小得多；

（2）冷裂纹的敏感性比一般低合金高强钢也小得多；

热影响区冷却之后，通常含有更多的铁素体，这就增加了它被腐蚀的可能，同时也使得它更容易发生氢引起的裂纹，即变得比较脆

这种不锈钢的焊接部位容易产生δ相导致的脆性现象，δ相属于铬铁金属间化合物，其生成温度介于六百度到一千度之间，各类钢材形成该相的具体温度有所区别

这种不锈钢品种由50%的铁素体构成，也会显现出475℃脆性现象，不过其敏感程度要低于铁素体不锈钢。

2.焊接方法的选用

双相钢的连接工艺以钨极氩弧焊最为适宜，其次可以考虑使用手工电弧焊，若要采用埋弧焊接技术，就必须严格把控热量供给与层间温度，同时还要防止出现显著的金属稀释现象。

注意：

TIG焊接时，保护气体中要掺入1-2%的氮气，因为氮含量若超过2%，会促使气孔产生，并且电弧变得不稳定，焊缝金属需要吸收氮元素，以避免焊缝表层区域因扩散而造成氮损失，这样做有助于保持焊接接头中奥氏体相的稳定。

3.焊材的选用

采用镍含量较高的焊条，或者添加氮元素，能够推动焊缝里的铁素体转化为奥氏体。

2205钢材通常搭配22.8.3L规格的焊条来焊接，而2507钢材则常使用25.10.4L规格的焊丝，或者采用25.10.4R规格的焊条进行焊接。

4.焊接要点

焊接时热过程的管理涉及多个因素，比如焊接线能量、层间温度、预热程度以及材料厚度，这些都会决定冷却的速度，进而影响焊缝和热影响区的结构以及性能。为了得到理想的焊缝金属特性，最好将最高层间温度维持在100℃，如果焊接完成后需要实施热处理，那么层间温度可以不受限制。

双相不锈钢焊接完成后，通常无需进行热处理。如果必须进行热处理，应采用水淬的方式。热处理时，加热过程需尽可能迅速，在达到热处理温度后，需保持5到30分钟，这个时间足以使金属内部相达到平衡状态。由于热处理期间金属容易被氧化，应考虑使用惰性气体进行保护。

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