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馬氏體鋼(鋼管)的焊接技巧

馬氏體鋼(鋼管)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度,其最高強度可達1600MPa,需進行回火處理以改善其塑性,使其在如此高的強度下,仍具有足夠的成形性能,是目前商業化高強度鋼板中強度級別最高的鋼種。


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性,以Cr12為基礎,加入W、Mo、V、Ti、Nb等元素的多元合金強化的馬氏體鋼,例如1Cr11MoV、1Cr12WMoV鋼等。


馬氏體鋼(鋼管)的焊接技巧 技術信息 第1張

馬氏體鋼具有較強的淬火傾向,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)和要求一定強度的構件,后者主要用于作熱強鋼。

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,另一方面也與馬氏體導熱性差,能引起較大的焊接內應力有關,特別是含碳量比較高的鋼和剛性比較大的焊接結構很容易產生焊接冷裂紋,因此,一般都需要采取預熱和焊后熱處理等措施。


馬氏體鋼(鋼管)的焊接技巧 技術信息 第2張

2、焊接接頭脆化

(1)近縫區過熱脆化

多數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。當冷卻速度較大時,近縫區能產生粗大的馬氏體組織,使接頭塑性下降;當冷卻速度較小時,則產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℃的范圍內加熱并逐漸冷卻時,能產生比較明顯的斷裂韌性降低現象。這是由回火脆化引起的,因此熱處理時應避開回火脆化溫度區。

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,焊前必須嚴格清理焊件、烘干焊條,使焊接保持低氫甚至超低氫條件。

當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。在不使近縫區過熱脆化的前提下適當增大焊接熱輸入,可減少產生冷裂紋的傾向。

2、焊接材料

焊接材料的選擇應視鋼種、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,焊縫的化學成分應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,焊縫和熱影響區容易硬化變脆。

為防止冷裂,焊后一般都需要進行熱處理。當焊件不允許進行熱處理時,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,但強度較低,因而只適用于應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,在接頭的界面能產生較高的附加應力和導致接頭提前失效,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400~450℃烘干兩小時。埋弧焊應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。


馬氏體鋼(鋼管)的焊接技巧 技術信息 第3張

3、預熱和層間溫度

預熱并保持層間溫度是防止冷裂紋的一項重要工藝措施。預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。

如果接頭的拘束度大,應相應提高預熱溫度和層間溫度。層間溫度應不低于預熱溫度。用奧氏體鋼焊接材料焊接時,視焊件厚度可不預熱或低溫預熱。

表1是按含碳量分級推薦的預熱溫度、熱輸入等。


馬氏體鋼(鋼管)的焊接技巧 技術信息 第4張

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,一般都需要進行焊后回火熱處理。當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變為馬氏體,不允許焊后立即進行回火處理,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行高溫回火處理,通常是冷卻到100~150℃時進行回火處理。



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