合金元素對(duì)金屬材料焊接性能影響

1、合金元素對(duì)金屬材料焊接性能的影響摘 要 本文研究了 M n、C、Si、Mo 、Cr、 N i、T i、N b 等合金元素對(duì)低合金鋼和不 銹鋼焊接性能(包括焊縫的機(jī)械性能、 耐蝕性、 耐熱性等)的影響。合金元素的含量對(duì) 低合金鋼焊接過(guò)程中組織的變化，及達(dá)到最佳性能是某些合金元素得到含量值；同時(shí)分 析了合金元素對(duì)25-20 型奧氏體不銹鋼、00Cr12NiTi 鐵素體不銹鋼、2205 雙相不銹鋼， 超級(jí)馬氏體不銹鋼(SMSS)組織和性能的影響。分析結(jié)果表明：合金元素的加入, 對(duì)焊 縫的組織及其性能具有明顯的改善和提高的作用，為鋼材在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用起到了關(guān) 鍵作用。 關(guān)鍵詞: 合金元素 焊接性能

2、組織及性能 Alloying elements on weldability of metallic materials Abstract This paper studies the M n, C, Si, Mo, Cr, N i, T i, N b and other alloying elements on the low-alloy steel and stainless steel welding performance (including the weld mechanical properties,corrosion resistance, heat resistance et

3、c.) influence.Content of alloying elements during welding of low alloy organizational changes, and to achieve the best performance is the value of certain alloying elements to be content; Simultaneous analysis of alloy elements on the 25-20 type austenitic stainless steel, 00Cr12NiTi ferritic stainl

4、ess steel, 2205 duplex stainless steel, super martensitic stainless steel (SMSS) organization and performance. The results showed that: Alloy elements added, the performance of the weld and its obvious to improve and enhance the role of steel in the project application has played a key role. Keyword

5、s: Alloying elements Welding performance Organization and Performance 前言 產(chǎn)品的技術(shù)條件中所規(guī)定的使用性能是根據(jù)產(chǎn)品的使用條件制定的。工作條件越苛 刻(如高溫、 高壓、 與強(qiáng)腐蝕介質(zhì)接觸) , 對(duì)焊接接頭質(zhì)量要求越高, 滿足這些條件的 難度也隨之增加, 致使對(duì)鋼材性能的穩(wěn)定和焊接技術(shù)提出了更新更高的要求, 這就要求 不但有良好穩(wěn)定的原始組織, 而且要具有良好的焊接性能。焊接性一直是人們所關(guān)注的 一項(xiàng)重要性能 ,它在很大程度上決定了某種鋼能否大量應(yīng)用。要保證良好的焊接性能, 又要保證合金鋼的實(shí)用價(jià)值，不可避免地要加入合金元素

6、，而加入元素的選擇則成了必 須考慮的問(wèn)題。先就將各種合金元素對(duì)焊接性能的影響分析如下： 1 合金元素對(duì)低合金鋼焊接性能的影響 1.1 錳(Mn)對(duì)焊接性能的影響 在焊縫中增加錳的含量，增加了針狀鐵素體的數(shù)量，同時(shí)相應(yīng)減少了先共析鐵素體 和層狀組分的數(shù)量,細(xì)化了焊縫的針狀鐵素體和粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)的纖維組織；改善組織和 細(xì)化珠光體晶粒，提高焊縫的強(qiáng)度和淬透性，故可以降低脆性轉(zhuǎn)變溫度；增加0.1%Mn， 焊縫的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度約提高10MPa；含1.5%Mn 時(shí)焊態(tài)和消除應(yīng)力狀態(tài)下焊縫的 沖擊韌性為最佳；經(jīng)應(yīng)變時(shí)效焊縫的沖擊韌性，在含錳量較高時(shí)達(dá)到最佳值；錳可以用 來(lái)脫硫, 從而減少低熔點(diǎn)化合物在晶

7、間的分布, 降低了焊縫金屬的結(jié)晶裂紋敏感性。 1.2 碳(C)對(duì)焊接性能的影響 碳是合金鋼中必不可少的元素, 但也是使焊接性惡化的元素, 焊縫中隨著碳的含量 增加, 焊縫的強(qiáng)度、 硬度會(huì)有所增加, 同時(shí), 焊縫的結(jié)晶裂紋和焊接接頭的冷裂紋傾向 都要增大, 因而在選用焊接材料時(shí), 應(yīng)控制焊材向焊縫中過(guò)渡的碳的數(shù)量。 （1）碳在低強(qiáng)度焊縫中 增加碳就增加了針狀鐵素體的數(shù)量，同時(shí)減少了先共析鐵素 體數(shù)量；細(xì)化了粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)的組織；增加了細(xì)晶區(qū)的二次相數(shù)量；提高了硬度、屈 服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；顯著減少了沖擊吸收功的分散度；當(dāng)含碳量為0.07%0.09%時(shí)含 1.4%Mn 可獲得最佳韌性。 （2）碳在高

8、強(qiáng)度焊縫中 碳增加，增加針狀鐵素體的比例，減少晶界鐵素體的數(shù)量； 焊態(tài)下焊縫的硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度勻隨含碳量的增加（0.05%0.12%）而提高， 焊口的沖擊韌性隨含碳量的增加而減??；含碳量為0.07%0.10%的焊縫在焊態(tài)和消除 應(yīng)力狀態(tài)勻可得到良好的強(qiáng)度與韌性匹配。 1.3 硅(Si)對(duì)焊接性能的影響 硅會(huì)引起固溶強(qiáng)化和二次相系數(shù)增多，而導(dǎo)致焊縫金屬變脆，所以從韌性考慮添加 硅是有害的。但從防止焊縫氣孔形成考慮，焊縫金屬中至少應(yīng)含有0.2%Si，在冶金方面, 硅是良好的脫氧劑并可防止CO 氣孔因此, 焊縫中應(yīng)含有一定量的硅, 但應(yīng)注意到脫氧 產(chǎn)物很容易形成硅酸還將夾渣, 低熔點(diǎn)的硅酸鹽

9、可能導(dǎo)致結(jié)晶裂紋, 此外, 硅酸鹽還會(huì) 增加熔渣和熔化金屬的粘度, 引起較嚴(yán)重的飛濺, 影響焊接量。隨硅含量的增加焊縫的 硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度會(huì)呈非線性增加；韌性下降，其損壞程度與含錳量有關(guān)，當(dāng) 含錳量處在1.4%最佳時(shí)，含硅量可允許高達(dá)0.5%，則焊縫可具有所需的各項(xiàng)力學(xué)性能。 1.4 鉬(Mo)對(duì)焊接性能的影響 鉬是提高熱強(qiáng)性有效元素, 能提高熱影響區(qū)的淬硬傾向, 使裂紋敏感性增大。 添加 鉬后由于焊縫金屬固溶硬化，先共析鐵素體量逐漸減少，針狀鐵素體比例開(kāi)始時(shí)增多， 隨后減少，提高了柱晶區(qū)、粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)和不完全相變區(qū)的硬度，并減少了這些不同 區(qū)域之間硬度的差別。無(wú)鉬焊縫和含1.1%M

10、o 焊縫之間的硬度相差40-50HV。鉬對(duì)焊縫 強(qiáng)度的影響比錳大，由于鉬引起的固溶強(qiáng)化和碳化物析出所致，含鉬量超過(guò)0.5%的焊 縫經(jīng)消除應(yīng)力后強(qiáng)度有所提高。對(duì)于焊縫的韌性，在焊態(tài)，一般認(rèn)為W MO = 0、25- 0、 50% , 既可強(qiáng)化金屬, 又可改善韌性,W MO > 0、5%韌性開(kāi)始惡化,為防止脆化,W MO 不超 過(guò)0、65%。低錳時(shí)添加0.25%Mo 是有益的，在消除應(yīng)力下添加鉬勻有害。另外, 鉬還 可以提高焊縫的耐蝕性, 但只有當(dāng)焊縫中鉬的含量處于 0、16% 0、33%的范圍內(nèi)時(shí), 隨焊縫中鉬含量的增加, 其SCC (抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂)能力才有大幅度提高, 所以為了提高 焊

11、縫的SCC 抗力, 其理想鉬的含量應(yīng)為0、33%左右。 1.5 鉻(Cr)對(duì)焊接性能的影響 鉻對(duì)提高焊縫的淬透傾向作用比較強(qiáng)裂, 焊態(tài)焊縫的金屬的硬度隨含鉻量的增加而 逐漸提高，且在低錳時(shí)基本上是呈線性的，并可以提高脆性轉(zhuǎn)變溫度, 因而從這點(diǎn)來(lái)講, 對(duì)焊接是不利的, 鉻可以提高焊縫的耐熱性, 當(dāng)焊縫中含一定鉻時(shí), 在氧化性介質(zhì)中可 在表面形成致密、 穩(wěn)定氧化膜, 從而提高其耐蝕性, 此外, 鉻可以提高鐵基固溶體的電 極電位, 因此, 其耐蝕性能可以大大提高, 為保證鉻的防腐蝕作用, 焊縫中必須控制碳 的含量, 鉻對(duì)焊縫組織的改變表現(xiàn)在, 它可以使貝氏體轉(zhuǎn)變曲線左移, 擴(kuò)大貝氏體轉(zhuǎn)變 區(qū)。 1.

12、6 鎳(N i)對(duì)焊接性能的影響 對(duì)一般非熱處理強(qiáng)化的低合金鋼的焊接來(lái)說(shuō), 鎳的加入可以起到提高焊縫的強(qiáng)度而 基本上組織的角度來(lái)講, 鎳對(duì)焊接性能有利, 但當(dāng)鎳的含量較高時(shí), 可能與焊縫中的雜 質(zhì)(如硫)形成低熔點(diǎn)化合物, 而使熱裂紋敏感性明顯增大。在含錳的低合金鋼焊縫中增 加鎳后，焊態(tài)焊縫中先共析鐵素體的比例減少，二針狀鐵素體曾多，在高錳焊縫中還出 現(xiàn)馬氏體，在粗晶區(qū)多邊形鐵素體的比例減少，針狀鐵素體增加，在含1.8%Mn 焊縫中 出現(xiàn)馬氏體島，細(xì)晶區(qū)的等軸細(xì)晶逐漸改變，鐵素體晶粒減少，含二次相的鐵素體團(tuán)增 多，條帶狀顯微組織和化學(xué)不均勻性增加，使焊縫的硬度，屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度勻有提 高。在

13、低錳時(shí)對(duì)抗解理斷裂是有益的，而在高錳時(shí)有害的，在含0.6%Mn 時(shí)得到最佳韌 性，消除應(yīng)力處理對(duì)錳鎳匹配的焊縫韌性幾乎沒(méi)有影響，但在鎳與錳含量不匹配時(shí)產(chǎn)生 嚴(yán)重脆性。 1.7 鈦(T i)對(duì)焊接性能的影響 鈦可以起到細(xì)化晶粒的作用, 鈦控制在一定范圍內(nèi)時(shí), 可以保證焊縫具有較高強(qiáng)度, 同時(shí)仍可獲得較高的沖擊韌性, 但鈦含量過(guò)高, 則使韌性惡化, 這樣證明了以微合金化 取代鎳等貴重合金的可能性。此外, 在奧化體不銹鋼焊縫中, 焊縫加入少量的鈦?zhàn)鳛榉€(wěn) 定劑, 可改變碳化物的類型, 鈦將優(yōu)先與碳結(jié)合從而避免形成碳化鉻(鈦與碳親和力大 于鉻與碳親和力) , 從而避免了貧鉻層的產(chǎn)生, 這樣保證了奧化體不

14、銹鋼焊縫抗晶間腐 蝕的能力。 1.8 鈮(N b)對(duì)焊接性能的影響 70 年代以來(lái), 鈮作為合金化元素廣泛于低碳合金鋼生產(chǎn)中, 一般認(rèn)為, 鈮可以細(xì)化 晶粒, 少量的鈮可以提高基本鋼焊縫的屈服強(qiáng)度(Rs) , 由于含鈮的母材稀釋率較大(薄 板焊接時(shí), 稀釋率可達(dá)70%以上) , 所以焊縫金屬中的鈮將由母材過(guò)渡,而含鈮鋼時(shí)焊接 材料中一般不含鈮。鈮對(duì)低合金鋼焊縫, 金屬低溫韌性有一定影響, 在C- M n 系焊縫中, 能促進(jìn)焊縫金屬側(cè)板條鐵素體組織的產(chǎn)生, 使焊縫金屬韌性惡化, 而在C- M n- T i- B 系焊縫金屬中, 鈮促進(jìn)焊縫金屬細(xì)小均勻針狀鐵素體組織的產(chǎn)生, 從而提高焊縫金屬的 低

15、溫韌性。除此以外, 還有許多微合金元素亦對(duì)焊縫性能有著不同的影響, 例如, 硼(B) 可以細(xì)化晶粒,并可提高焊縫的抗腐蝕開(kāi)裂的能力: 釩(V )可以細(xì)化焊縫金屬的鑄態(tài)組織, 防止熱影響區(qū)晶粒過(guò)分長(zhǎng)大。 近年來(lái), 在焊接材料中廣泛應(yīng)用的稀土元素可以細(xì)化晶粒, 并可提高焊縫組織的耐腐蝕能力。 2 合金元素對(duì)不銹鋼焊接性能的影響 2.1 對(duì)25-20 型奧氏體不銹鋼焊接性的影響 （1）Ni 的影響： Ni 是奧氏體化元素，是強(qiáng)烈形成熱裂紋的元素；另外他與 S、 P 、 Ti 、Nb 等易形成低熔點(diǎn)共晶體，在644 時(shí)，可促進(jìn)熱裂紋的產(chǎn)生。 （2）Mn 的影響： Mn 有脫 S 的作用，可與 S 形成

16、MnS，從而減弱產(chǎn)生熱裂紋的傾向； 同時(shí)，在高Ni 純奧氏體鋼中， Ni 促使產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶NiS 2 ，形成焊接裂紋， 若用部 分Mn 代替Ni，可大大提高抗熱裂紋性能。 （3）C 的影響：當(dāng) (C)在 0.18%0.2%時(shí)，熱裂傾向增大，因消除了西格瑪相之故，對(duì) 于 25- 20 鋼，當(dāng)焊縫金屬中含 Si 量不變時(shí)，若含 C 量增加，熱裂傾向減弱并促使焊 縫金屬?gòu)?qiáng)度 、塑性提高；但含 (C)提高到 0.2%0.3%時(shí)，焊縫中會(huì)出現(xiàn)一次碳化物而 使 Cr25Ni20Si2 鋼強(qiáng)度極限提高到72 kg/mm 2 ，延伸率降低到20%25%，沖擊值 K 可 達(dá)2026 kg m/cm 2 當(dāng)在

17、700900 下短時(shí)加熱后，焊縫中二次碳化物析出，而使 K 由 24.9 kg m /cm 2 降到7.6 kg m /cm 2 所以，在 25- 20 鋼焊縫中，適當(dāng)提高 C 含量對(duì)焊縫 機(jī)械性能利多而弊少。 （4）Si 的影響：在 A 焊縫中，Si 是形成熱裂紋的一個(gè)主要有害元素 在 Cr Ni 鋼焊 接時(shí)， Si 與其他元素易發(fā)生冶金反應(yīng)而形成 Ni- Si Fe- Si 低溶點(diǎn)共晶物，從而促進(jìn)焊 接裂紋的產(chǎn)生一般情況下，(Si)=0.3%0.4%時(shí)，就會(huì)形成熱裂紋。 （5）P 的影響： P 對(duì)25- 20 鋼焊縫的熱裂紋影響最明顯 當(dāng)用酸性渣或酸性焊條時(shí)，(P) 由 0.015%0.0

18、18%增到0.035%時(shí)，焊縫金屬延伸率由 40%降到20%；用堿性渣或堿性 焊條時(shí)，(P)增到0.05%，焊縫金屬的塑性才會(huì)顯著降低，這說(shuō)明堿性渣或堿性焊條抗裂 性強(qiáng) （6）其他元素的影響： W與Mo 對(duì)焊縫機(jī)械性能有利； Ti Al 在高 Cr Ni 奧氏體焊縫 中與 Si 的作用相似； V 對(duì)焊縫抗熱裂性能有利，但V 會(huì)形成萊氏體共晶，在25- 20 鋼焊縫中加V 有損于高溫抗氧化性能。 2.2 對(duì)00Cr12NiTi 鐵素體不銹鋼焊接性的影響 鐵素體不銹鋼由于熱膨脹系數(shù)與碳鋼接近而比奧氏體小 ,并且 S、 P 等雜質(zhì)元素在 鐵素體中溶解度大 , Si、Nb 等又是鐵素體形成元素 ,因此

19、 ,焊縫結(jié)晶時(shí)不易形成低熔點(diǎn) 共晶 ,熱裂紋的傾向比奧氏體不銹鋼小得多 ,同時(shí)焊接熱影響區(qū)超過(guò)臨界溫度的區(qū)域形 成的馬氏體量也極少 ,比馬氏體不銹鋼的延遲裂紋的敏感性小。鐵素體不銹鋼在焊接中 的主要問(wèn)題是晶粒易于長(zhǎng)大 ,形成粗大的鐵素體晶粒,而脆化導(dǎo)致沖擊韌度降低和 475 脆化問(wèn)題。硅在不銹鋼中的含量一般 0. 8% ,隨著硅含量的增加 ,鋼中、 等 脆性相析出的敏感性增加 ,會(huì)降低鋼材的塑性和韌度 ,耐蝕性下降 ,焊接性不良。但硅也 使不銹鋼具有優(yōu)異的耐高溫性能 ,在焊接加工時(shí)可降低對(duì)熱裂紋的敏感性。錳在不銹鋼 中的有益作用是形成 MnS,抑制 S 的有害作用 ,提高了鋼的熱塑性。錳是一種

20、弱奧氏體 形成元素 ,在不銹鋼中是一種脫氧劑。但錳在不銹鋼中會(huì)促進(jìn) 等脆性相的析出。鈦和 鈮作為不銹鋼中強(qiáng)烈形成碳、 氮化合物的穩(wěn)定化元素 ,主要是防止鋼中鉻與碳結(jié)合形成 鉻碳化合物而引起的貧鉻所導(dǎo)致耐蝕性下降 ,特別是引起晶間腐蝕。在不銹鋼中 ,由于 鈦和氮的親合力要大于鈮 ,鈮和碳的親合力要大于鈦 ,因此 ,鈦和鈮的同時(shí)存在可防止 大量形成 NbN,又可利用鈮的固碳作用和強(qiáng)化作用 ,提高不銹鋼的強(qiáng)度。它們可與鎳形 成金屬間化合物 ,在鋼中彌散析出 ,起到第二相強(qiáng)化的作用。不銹鋼中鈦和鈮的復(fù)合加 入稱為雙穩(wěn)定化 ,可提高鐵素體鋼的抗疲勞性、 冷成型性和焊接性。但鈦和鈮的氮化物 Ti N 和

21、NbN 是鋼中的雜質(zhì) ,對(duì)不銹鋼的性能有不利的影響。氮在鐵素體不銹鋼中是一 種有害元素 ,應(yīng)盡量降低。 2.3 對(duì)2205 雙相不銹鋼焊接性的影響 2205 雙相不銹鋼主要的合金元素是 Cr、 Ni、Mo 和 N, 其質(zhì)量百分比為22% 的鉻、 5%的鎳、 3%的鉬和0.15%的氮。該材料一般以固溶處理狀態(tài)交貨, 在正 常的交貨狀態(tài)下其顯微組織為具有大約 50%的鐵素體和大約 50%的奧氏體雙相組織, 圖 1 為 2205 DSS 板材典型的顯微組織, 表 1 是其力學(xué)性能典型值。 表 1 2205DSS 力學(xué)性能典型值 圖 1 2205DSS 板材典型的顯微組織 早期的雙相不銹鋼的焊接性很差

22、, 也因焊接問(wèn)題出現(xiàn)了許多質(zhì)量事故。 甚至直到現(xiàn) 在, 對(duì)于雙相不銹鋼的焊接性仍有人擔(dān)心?，F(xiàn)代雙相不銹鋼具有最佳的鐵素體- 奧氏體 比例 (各約 50% ) , 并采用氮合金化使得現(xiàn)代雙相不銹鋼具有良好的焊接性, 因而在熱 影響區(qū)能夠很好地重新形成奧氏體并獲得力學(xué)性能和耐蝕性能良好的焊接接頭。與奧氏 體不銹鋼相比, 2205 DSS 材料導(dǎo)熱系數(shù)大, 線膨脹系數(shù)小, 又包含兩種組織, 因此熱裂 傾向和變形小; 與低合金高強(qiáng)鋼相比, 因組織中含有約 50%的奧氏體, 因此冷裂紋傾向 小。總的來(lái)說(shuō), 2205 DSS 可焊性良好, 一般焊前不需預(yù)熱, 焊后不需熱處理, 可與 18-8 型奧氏體不銹

23、鋼或碳鋼等異種鋼焊接。雙相不銹鋼優(yōu)良的性能是靠適當(dāng)比例的兩相組織 來(lái)保證的。焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫的組織有很大的影響。 焊接過(guò)程采用的線能量過(guò)低, 工 件冷卻速度過(guò)快, 焊縫及熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的鐵素體和氮化物, 從而降低焊接接頭的 腐蝕抗力和韌性;線能量過(guò)高, 工件的冷卻速度過(guò)慢, 焊縫及熱影響區(qū)可能析出金屬間相, 也會(huì)使焊接接頭的腐蝕抗力和韌性降低。 可見(jiàn), 合適的焊接工藝參數(shù)和一定的技術(shù)措施 相結(jié)合才能保證焊縫及熱影響區(qū)的組織和性能。圖 2 是試驗(yàn)得到的焊接接頭腐蝕速率 (VW) 和低溫韌性(AKV- 40) 隨線能量的變化曲線; 圖 3 是工藝參數(shù)不當(dāng)時(shí)焊縫產(chǎn) 生的點(diǎn)蝕形貌。 2.4 對(duì)超

24、級(jí)馬氏體不銹鋼(SMSS)焊接性的影響 由瑞士引入超級(jí)馬氏體不銹鋼這個(gè)概念,亦稱軟馬氏體不銹鋼 ( SupermartensiticStainless Steel 簡(jiǎn)稱 SMSS) 。他是在傳統(tǒng)馬氏體的基礎(chǔ)上通過(guò)降低碳 含量(最高含碳量為 0. 07 %) ,增加鎳(3. 5 %4. 5 %)和鉬(1. 5 %2. 5 %)的含量 ,使其 強(qiáng)度、 硬度提高的同時(shí) ,改善韌性。此外 ,他還克服了傳統(tǒng)馬氏體在焊接過(guò)程中應(yīng)力裂 紋敏感性以及可焊性差等缺點(diǎn)。 （1）Cr 和 Ni 的影響 由于碳強(qiáng)化作用的減弱 , SMSS 的強(qiáng)度和硬度主要通過(guò)提高 Cr、 Ni 含量加以彌補(bǔ)。鉻、鎳含量的增加不僅可以

25、提高 SMSS 的強(qiáng)度和韌性 ,而且可 以提高抗疲勞性能和抗磨損性能 ,這是因?yàn)椴牧显诒３至笋R氏體為主要基體的基礎(chǔ)上 , 形成了穩(wěn)定的逆變奧氏體。研究表明 ,由馬氏體逆轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻€(wěn)定性的奧氏體可用Ni 和 Cr 的富集和相硬化來(lái)解釋。需要注意的是 ,提高了鉻含量會(huì)引起 鐵素體的增加 ,為了 抑制 鐵素體的增加 ,要對(duì) Cr/ Ni 當(dāng)量比進(jìn)行控制。正如舍夫勒相圖給出的低碳馬氏體 不銹鋼 Cr/ Ni 當(dāng)量與組織的關(guān)系 ,當(dāng)鉻當(dāng)量在14 %左右 ,鎳當(dāng)量在 8 %左右 ,圖上的 位置位于單相區(qū)和兩相區(qū)的邊界 ,其金相組織為回火馬氏體 + 少量的逆變奧氏體。另 外 ,鉻和碳的相互作用使鋼在高溫時(shí)具有

26、穩(wěn)定的 或+ 相區(qū) ,鉻可以降低奧氏體向鐵 素體和碳化物的轉(zhuǎn)變速度 ,從而提高淬透性。在焊材中加入 Ni 不僅增加 SMSS 焊接 接頭強(qiáng)度 ,而且還可提高韌性 ,這是因?yàn)?Ni 的加入可以使碳含量降得更低 ,由于碳含 量很低 ,單一的鐵素體組織將會(huì)減少但 Ni 含量不能過(guò)高 ,否則由于 Ni 擴(kuò)大 相區(qū)和 降低 Ms 點(diǎn)溫度的雙重作用 ,將使鋼成為單相奧氏體不銹鋼 ,從而喪失淬火能力。 （2）Mo 的影響 鉬也是 SMSS 中加入的元素之一。為了提高焊縫抗腐蝕能力 ,在 焊材中加入 1. 5 %2. 5 %的Mo 是有利的 ,因?yàn)?Mo 的抗氫腐蝕性能比 Cr 高 4 倍。 同時(shí)鉬也是鐵素體

27、形成元素 ,除改善接頭的耐蝕性外,還可以提高接頭的強(qiáng)度和硬度以 及增強(qiáng)2 次硬化效應(yīng)。 （3）碳的影響 眾說(shuō)周知 ,碳是影響焊接性能的重要因素 ,因此在設(shè)計(jì)鋼的成分配比 時(shí) ,首先注意到碳的含量要低。當(dāng)碳含量為 0. 05 %0. 06 %時(shí) ,SMSS 可以在 - 10 環(huán)境下不預(yù)熱補(bǔ)焊 ,或在室溫下施焊。此外 ,由于 Cr 是強(qiáng)碳化物形成元素 ,在不恰當(dāng)?shù)?熱處理溫度下 ,SMSS 焊接接頭的晶界上會(huì)析出Cr 的碳化物 ,這種碳化物在較低溫度 下會(huì)使接頭的韌性急劇下降;同時(shí)由于 Cr 的碳化物的形成 ,還會(huì)使基體中的 Cr 含量 降低 ,當(dāng) Cr 含量低于下限的時(shí)候 ,則鋼的耐蝕性也會(huì)下降

28、。超低碳可以減少這種 Cr 的碳化物形成 ,因而有利于保持 SMSS 焊接接頭的韌性和耐蝕性。 （4）氮的影響 氮是促奧氏體形成元素 ,可以提高焊縫的強(qiáng)度和耐腐蝕性。氮可以增 加SMSS 的屈服強(qiáng)度 ,每增加0. 001 %氮 ,可增加約6MPa 的強(qiáng)度。而且焊接 SMSS 時(shí) , 還可采取保護(hù)氣體中添加氮的方法來(lái)提高焊接接頭的質(zhì)量。這是因?yàn)榈梢允购缚p金屬 中產(chǎn)生少量的殘余奧氏體 ,彌散分布于馬氏體中。可以顯著提高焊縫金屬的韌性 ,但氮 含量過(guò)高 ,易導(dǎo)致產(chǎn)生熱裂紋。SH. X. Wang 等人研究結(jié)果表明 ,焊縫中含0. 018 %N , 低氮 SMSS 未出現(xiàn)中溫回火脆性 ,這是由于焊縫

29、中碳、 氮含量極低 ,中溫回火后沿晶 界析出的碳或氮的化合物很少 ,韌性基本保持不變。而含0. 054 %N 的高氮 SMSS 有 中溫回火脆性出現(xiàn) ,是由于晶界上出現(xiàn)了析出物?；鼗鸫嘈圆荒芡ㄟ^(guò)熱處理方法消除 , 只有向鋼中加入 Mo、 V 等元素減輕回火脆性,但經(jīng)淬火和 600 高溫回火后有良好的 強(qiáng)韌性 ,其 - 60 低溫韌性顯著高于低氮 SMSS。 （5）Nb 元素的影響 Nb 是 SMSS 焊接接頭中的有益元素之一。Nb 可以與碳形成 穩(wěn)定的碳化物 ,避免 “貧鉻” 現(xiàn)象產(chǎn)生。因而 ,可以提高焊接接頭的抗腐蝕性能;同時(shí) , 由于Nb 具有固溶強(qiáng)化作用 ,還可以提高焊接接頭的抗拉強(qiáng)度。

30、焊縫在很低的溫度退火 時(shí) ,Nb 可迅速滲透到基體中。因此 ,Nb 可以有效地提高鋼的高溫強(qiáng)度。在 550 和 600 回火時(shí) ,SMSS 焊縫中有細(xì)小的 Nb (C ,N)析出 ,還可提高焊縫的抗回火軟化性。 3 結(jié)束語(yǔ) 綜上所述, 焊縫的性能可以通過(guò)向焊縫中過(guò)渡不同的合金元素得到不同程度的提 高, 從而更好地滿足技術(shù)條件規(guī)定的使用要求, 這樣焊接結(jié)構(gòu)不僅可以使用可靠, 而 且還可以延長(zhǎng)壽命, 所以, 通過(guò)焊縫合金化的深入研究, 不斷研制出各種新型焊接材 料, 對(duì)焊接技術(shù)的發(fā)展以及推廣必將起到積極而深遠(yuǎn)的作用。 參考文獻(xiàn) 1 吳樹(shù)雄,伊士科，李春范. 金屬焊接材料手冊(cè)M. 北京: 化工工業(yè)出版社, 2008.45-74. 2 李為衛(wèi), 宮少濤, 熊慶人等.22