马氏体钢：高强度与良好塑性的完美结合

马氏体钢（MS）的微观结构几乎完全是马氏体。它具有很高的抗拉强度，最大强度为1600MPa。它需要回火以提高其塑性，以便在如此高的强度下仍具有足够的成形性。它是商用高强度钢板中强度最高的等级。

马氏体钢有两种类型：

一类是简单的Cr13系列钢，例如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等；

另一类是在Cr12的基础上加入W、Mo、V、Ti、Nb等元素，制成多元合金强化马氏体钢，例如1Cr11MoV、1Cr12WMoV钢等。

马氏体钢具有很强的淬火倾向，一般高温奥氏体经空冷淬火即可形成马氏体组织。但含碳量较低的1Cr13淬火后为马氏体加铁素体组织，属于半马氏体钢。以上两类马氏体钢中，前者主要用于一般耐腐蚀条件（如空气、海水和硝酸等）及要求有一定强度的部件，后者主要用作耐热钢。

1.马氏体钢的焊接性

马氏体钢具有很强的淬硬倾向，在空冷条件下能产生高硬度的马氏体组织，其焊接性是所有不锈钢和高合金耐热钢中最差的，焊接时容易出现以下问题：

1.焊接冷裂纹

这是马氏体钢非常突出的问题，一方面和其淬硬性高有关，另一方面也和马氏体的导热性差有关，会造成很大的焊接内应力。特别是含碳量比较高的钢和刚性比较大的焊接结构，容易产生焊接冷裂纹。因此一般需采取预热和焊后热处理措施。

2.焊接接头脆化

1）焊缝附近区域过热脆化

大多数马氏体钢由于其成分特点，其组织往往处于马氏体和铁素体的交界处。当冷却速度较高时，在近焊缝区域可产生粗大的马氏体组织，降低接头的塑性；当冷却速度较低时，会产生粗大的块状铁素体和碳化物组织，使接头的塑性明显降低。因此，焊接时应注意控制冷却速度。

2）回火脆化

马氏体钢及其焊接接头在375~575℃范围内加热并逐渐冷却时，会出现比较明显的断裂韧性下降，这是由回火脆性引起的，因此热处理时应避开回火脆性温度区。

2.马氏体钢焊接工艺要点

1.焊接方法

马氏体钢可用除气焊以外的一切熔化焊方法焊接，如电弧焊、埋弧焊、钨极惰性气体焊、消耗性惰性气体焊等。由于这种钢具有很大的冷裂纹敏感性，因此焊前必须严格清理焊件、干燥焊条，保持低氢甚至超低氢条件下焊接。

当焊缝接头约束较大时，最好采用钨极惰性气体保护电弧焊或消耗性惰性气体保护电弧焊，在不引起近缝区过热和脆化的前提下，适当增加焊接热输入，可减少冷裂纹的倾向。

2.焊接材料

焊接材料的选择应根据接头的钢材种类、焊接方法和工作条件而有所不同。为保证性能要求，焊缝的化学成分应与母材接近，即应选用与母材成分接近的焊接材料。但在这种情况下，焊缝和热影响区容易产生硬化和脆性。

为防止冷裂纹的产生，焊后一般要求进行热处理。当焊缝不允许进行热处理时，应采用25-20、25-13奥氏体钢焊接材料，使焊缝形成奥氏体组织，缓和焊接应力，并可溶解较多的氢，以减少冷裂纹的倾向。

奥氏体焊缝具有较高的塑性和韧性，但强度较低，因此只适合在应力较小的静载荷条件下工作的焊缝。而且由于焊缝与母材的热物理性质差别较大，在高温下工作时，会在接头界面处产生较大的附加应力，导致接头过早失效。因此不适用于在高温下工作的焊缝。

用焊条焊接时，通常采用低氢焊条，焊前经400-450℃烘干两小时。埋弧焊应采用低硅高碱性或弱酸性焊剂，如HJ172、HJ173、HJ251等。TIG焊主要用于多层焊时的打底焊和薄件焊接。

3.预热及层间温度

预热和保持层间温度是防止冷裂纹产生的重要工艺措施。预热温度的选择首先应考虑钢中的碳含量，其次要考虑接头的约束条件、填充金属成分和焊接方法。

如果接头约束程度较大，应相应提高预热温度和层间温度，层间温度不应低于预热温度。采用奥氏体钢焊接材料焊接时，根据焊件厚度，可以不进行预热，或可在较低温度下进行预热。

表1显示了根据碳含量推荐的预热温度、热输入等。

4.焊后热处理

焊后热处理是防止冷裂纹的另一项重要工艺措施。当选用成分接近母材的焊接材料时，一般要求进行焊后回火热处理。当采用奥氏体钢焊接材料进行焊接时，一般不需要进行焊后热处理。

为了保证焊接后奥氏体能完全转变为马氏体，焊接后不允许立即进行回火处理。必须将接头冷却到Ms点以下的一定温度并保温一定时间后再进行高温回火处理。如果焊接后立即进行回火，奥氏体将转变为珠光体，碳化物将沿奥氏体晶界析出，这种组织非常脆。

但为了防止冷裂纹，接头冷却到室温后不允许进行高温退火，回火一般在接头冷却到100～150℃时进行。