超馬氏體不銹鋼簡介(連鑄堆焊輥)

1、超馬氏體不銹鋼簡介創(chuàng)建時(shí)間：2008-08-02超馬氏體不銹鋼簡介超馬氏體不銹金剛亦稱軟馬氏體不銹鋼，有的也叫做可焊接馬氏體不銹鋼或13Cr不銹鋼。傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼通常是指410、420和431等牌號(hào)的不銹鋼，含鉻量分別為13%和17%左右。由于這類鋼缺乏足夠的延展性，而且在制造過程中墩應(yīng)力裂紋下分敏感，可焊性差，因而，使用受到限制，成為不銹鋼簇中不太受關(guān)注的一類材料。為了克服上述不足，50年代末，瑞士人引入軟馬氏體的概念。最初的目的是為了改善水輪發(fā)電機(jī)葉輪的焊接性能。通過降低含碳量（最高碳含量為0.07%），增加鎳含量（3.5% - 4.5%），開發(fā)出了一系列新的合金。這類合金抗拉強(qiáng)度高，

2、延展性又好，焊接性能也得到了改善。隨著冶煉技術(shù)進(jìn)步，AOD/VOD精煉技術(shù)廣泛地應(yīng)用于不銹鋼的精煉，這類合金的最高碳含量從0.07%降低到0.05%和0.03%。經(jīng)過人們不懈的努力，碳含量進(jìn)一步降低，同時(shí)合金成分經(jīng)過進(jìn)一步優(yōu)化，不銹鋼的綜合力學(xué)性能得到提高，耐腐蝕性良好，特別是焊接性能得到顯著改善，形成了新的超馬氏體不銹鋼系列，成為不銹鋼族中耀眼的一個(gè)系列，受到人們廣泛的關(guān)注。近年來，采用加壓冶金技術(shù)開發(fā)的含氮馬氏體不銹鋼也屬于馬氏體不銹鋼范圍。超馬氏體不銹鋼的典型化學(xué)成分見下表。典型超級(jí)馬氏體不銹鋼的化學(xué)成分，%類型鋼號(hào)CSiMnCrNiMoCuNCr13型00Cr13Ni5Mo0.030.

3、30.4/1.012.0/14.04.0/6.00.5/1.0- 00CrNi5MO20.020.20.412.55.02.0- 00Cr13Ni5Mo2Ti0.010.30.4126.22.5- 00Cr13Ni5MO2Cu0.020.30.5/0.7135.01.5/2.01.5 00Cr13Ni5MoN0.020.20.713.34.81.60.10.08 00Cr13Ni6.5Mo2.5Cu0.0150.152.0126.52.50.4 Cr16型00Cr16Ni5Mo0.03-1651- 含氮型2Cr15MoV0.3-15-1-0.3超馬氏體不銹鋼的力學(xué)性能超馬氏體不銹鋼不僅具有較好

4、的耐腐蝕性、可焊接性，而且具有強(qiáng)度高和低溫韌性好的特點(diǎn)。典型的力學(xué)性能如下：屈服應(yīng)力：0.2為550-850MPa抗拉強(qiáng)度：b為780-1000MPa沖擊強(qiáng)度大于50J延伸率大于12%超馬氏體不銹鋼在加工制造過程中又采取了特殊的工藝措施，使得新的超馬氏體不銹鋼的焊接性能大大超過了傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼。超馬氏體不銹鋼由于含碳量低，相當(dāng)于提高了基體金屬中含鉻量的比例，所以耐腐蝕性好。超級(jí)馬氏體不銹鋼的應(yīng)用前景超馬氏體不銹鋼除具有傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼的特點(diǎn)，可以應(yīng)用于泵、壓縮機(jī)、閥門及其它機(jī)加工用途外，超馬氏體海洋用管已經(jīng)開發(fā)成功，滿足了海上石油天然氣公司對(duì)工藝用無縫管輸送管道的要求，成為海洋用鋼的新成員

5、。荷蘭的NAM石油天然氣公司已經(jīng)決定對(duì)他們位于荷蘭北部格羅寧根的天然氣田的濕天然氣處理設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)代化改造，包括對(duì)30個(gè)球罐進(jìn)行大修和對(duì)所有輸送管道的更換，新選用的材料全部是超馬氏體13Cr不銹鋼。阿曼國的液態(tài)天然氣工程需要鋪設(shè)幾十公里長的輸送管線，也采用的是超馬氏體不銹鋼。埃及和尼日利亞也在研究類似的工程。此外，如水力發(fā)電、采礦設(shè)備、化工設(shè)備、食品工業(yè)、交通運(yùn)輸及高溫紙漿生產(chǎn)設(shè)備也是極具潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。超馬氏體不銹鋼的經(jīng)濟(jì)性在超馬氏體不銹鋼取得成功之前，對(duì)許多應(yīng)用不銹鋼的領(lǐng)域，特別是含二氧化碳，或者含二氧化碳和硫化氫腐蝕介質(zhì)的環(huán)境，往往使用雙相不銹鋼，一些特殊部件甚至要求使用超雙相不銹鋼?，F(xiàn)在

6、，人們?cè)絹碓蕉嗟赜贸R氏體不銹鋼來部分取代雙相不銹金剛和超雙相不銹鋼，這除了超馬氏體不銹鋼在某些腐蝕環(huán)境下仍具有強(qiáng)度高、耐蝕性好以及-40的沖擊韌性好之外，更主要的原因是超馬氏體不銹鋼比雙相不銹鋼更經(jīng)濟(jì)。首先，在重量相等、耐腐蝕性相當(dāng)?shù)那疤嵯?，采用?3Cr不銹鋼比采用雙相不銹鋼便宜大約30%。其次，超13Cr不銹鋼的強(qiáng)度比雙相不銹鋼高得多，所以用超13Cr不銹鋼制作的零部件（如三通、彎頭、輸送管和支管）的壁厚可以減薄，成本降低10%-15%?？傆?jì)下來，超13Cr不銹鋼與雙相不銹鋼比較，總成本降低35%-40%。這樣大幅度的成本降低，使得人們不能忽略它在競爭日益激烈的工業(yè)，如石油天然氣工業(yè)上的

7、應(yīng)用。結(jié)論（1）超馬氏體不銹鋼具有較好的力學(xué)性能，典型的屈服應(yīng)力0.2為550-850MPa，抗拉強(qiáng)度b為780-1000MPa，并具有很好的沖擊韌性和延展性。（2）超馬氏體不銹鋼的顯微組織為低碳回火馬氏體。根據(jù)含鎳量的多少及熱處理?xiàng)l件的差異，一些超馬氏體不銹鋼的組織可能出現(xiàn)部分細(xì)化彌散的殘留奧氏體和少許的鐵素體。（3）由于超馬氏體不銹鋼含碳量比傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼體，而且，鋼中增加了適量的鎳和鉬，因而，耐腐蝕性有所提高。（4）超馬氏體不銹鋼焊接性能比傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼好，可以采用常規(guī)的焊接工藝實(shí)施焊接。低碳低氮超馬氏體不銹鋼可以在焊接狀態(tài)下使用，必要時(shí)可以施以焊后熱處理，以獲得較低的硬度和更好的韌

8、性。（5）超13Cr不銹鋼是一類經(jīng)濟(jì)適用的新鋼種，其使用成本比雙相不銹鋼低35%-40%，從而使這類鋼在不銹鋼家族中具有極強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，應(yīng)用前景十分廣闊。三峽水輪機(jī)是世界上已經(jīng)建造的和目前正在建造的最大水輪機(jī)之一。每個(gè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的最大外徑10m，重450t，單機(jī)容量700MW。轉(zhuǎn)輪材料采用410NiMo(13Cr，4Ni，0.5Mo)馬氏體不銹鋼。這樣的巨型轉(zhuǎn)輪已經(jīng)超出了常規(guī)制造技術(shù)，國內(nèi)外制造商一致采用拼焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪，即轉(zhuǎn)輪上冠、葉片和下環(huán)分別鑄造，然后整體組焊，焊接接頭的最大厚度達(dá)300毫米，因此，三峽轉(zhuǎn)輪的焊接具有超厚截面、大拘束度、高強(qiáng)馬氏體不銹鋼焊接的特點(diǎn)，如此巨型轉(zhuǎn)輪在國內(nèi)外還沒有先

9、例。 目前，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪焊接與設(shè)計(jì)中，對(duì)于轉(zhuǎn)輪母材及焊接接頭僅提出一般的力學(xué)性能要求，而對(duì)于直接關(guān)系到轉(zhuǎn)輪安全可靠運(yùn)行的抗斷裂性能，缺乏更為深入的要求。因此，本論文針對(duì)三峽水輪機(jī)等大型轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼焊接材料及熔敷金屬?zèng)_擊性能進(jìn)行了較深入的研究。 本文選用三峽水輪機(jī)應(yīng)用的大氣冶煉的OCr13Ni5Mo實(shí)芯焊絲，以及真空冶煉的OOCr13Ni5Mo實(shí)芯焊絲。試驗(yàn)研究內(nèi)容包括：熔敷金屬?zèng)_擊性能研究，主要采用夏比沖擊試驗(yàn)方法，通過掃描電子顯微鏡對(duì)斷口表面的分析，X射線衍射對(duì)相組織的分析，研究了熔敷金屬的沖擊斷裂行為，為優(yōu)化焊接材料與工藝奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，為轉(zhuǎn)輪安全可靠運(yùn)行提供了一定的試驗(yàn)研究依據(jù)。 本文

10、的主要研究結(jié)論為： 1N、O含量對(duì)熔敷金屬?zèng)_擊性能有明顯影響，其中O含量是決定沖擊功的主導(dǎo)因素，過高的N含量容易引起焊縫金屬的氣孔缺陷。熔敷金屬中明顯增C時(shí)，沖擊韌性將大幅降低，建議Ar+CO_2保護(hù)氣中的CO_2含量應(yīng)控制在23為宜。 2TIG填絲確實(shí)可大幅提高熔敷金屬的沖擊功，TIG填絲可以做為焊接修復(fù)改善焊縫熔敷金屬?zèng)_擊韌性的一個(gè)有效手段。TIG、MAG、高速M(fèi)AG、激光MAG四種工藝方法中，TIG填絲焊接工藝對(duì)熔敷金屬?zèng)_擊功的提高是最顯著的(達(dá)250J)，對(duì)于修復(fù)改善焊縫熔敷金屬?zèng)_擊韌性可以達(dá)到最佳的效果。 3高速M(fèi)AG和激光MAG使用大氣HS135L時(shí)可以大幅提高經(jīng)過焊后熱處理熔敷金

11、屬的沖擊功，其沖擊功達(dá)到或超過轉(zhuǎn)輪母材及熱影響區(qū)的沖擊功。MAG焊經(jīng)焊后熱處理的大氣HS135L焊絲熔敷金屬?zèng)_擊功只有80J左右，而高速M(fèi)AG經(jīng)焊后熱處理的大氣HS135L焊絲熔敷金屬室溫沖擊功可達(dá)124J以上，激光MAG經(jīng)焊后熱處理的大氣HS135L焊絲熔敷金屬?zèng)_擊功可達(dá)142J以上，達(dá)到或超過轉(zhuǎn)輪母材及熱影響區(qū)沖擊功(125J)。 4激光-MAG復(fù)合在使用真空HS135L焊絲時(shí)，不僅可以大幅提高經(jīng)過焊后熱處理熔敷金屬的沖擊功，同時(shí)還可以大幅提高熔敷金屬焊態(tài)的沖擊功。MAG焊大氣HS135L焊絲熔敷金屬焊態(tài)沖擊功只有30J左右，焊后熱處理熔敷金屬?zèng)_擊功80J左右；激光MAG真空HS135L焊

12、絲熔敷金屬焊態(tài)沖擊功達(dá)67J，焊后熱處理熔敷金屬?zèng)_擊功接近110J。 5熔敷金屬?zèng)_擊功與熔敷金屬中逆變奧氏體含量成正比，即逆變奧氏體含量越高，沖擊功越高。 試述馬氏體不銹鋼的焊接工藝發(fā)布時(shí)間:12-15閱讀：541屬于馬氏體不銹鋼的鋼號(hào)有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr13Mo、1Cr17Ni2、2Cr13Ni2、9Cr18、9Cr18MoV等。 焊接性 有強(qiáng)烈的冷裂傾向，焊縫及熱影響區(qū)焊后均為硬而脆的馬氏體組織，鋼中含碳量越高，冷裂傾向越大。焊接時(shí)在溫度超過1150的熱影響區(qū)內(nèi)，晶粒 顯著長大。過快或過慢的冷卻都可能引起接頭脆化。例如，1Cr13鋼焊后冷卻速度小于10/

13、s時(shí)，在熱影響區(qū)將得到粗大的鐵素體加碳化物組織，使塑性顯 著降低；當(dāng)冷卻速度大于40/s時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生粗大的馬氏體組織，同樣也使塑性下降。馬氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向很小。 焊接工藝 1）焊前預(yù)熱 焊前預(yù)熱是防止產(chǎn)生冷裂紋的主要工藝措施。當(dāng)C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%0.2%時(shí)，預(yù)熱溫度為200260，對(duì)高剛性焊件可預(yù)熱至400450。 2） 焊后冷卻 焊件焊后不應(yīng)從焊接溫度直接升溫進(jìn)行回火處理，因?yàn)楹附舆^程中奧氏體可能未完全轉(zhuǎn)變，如焊后立即升溫回火，會(huì)出現(xiàn)碳化物沿奧氏體晶界沉淀和奧 氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生晶粒粗大的組織，嚴(yán)重降低韌性。因此回火前應(yīng)使焊件冷卻，讓焊縫和熱影響區(qū)的奧氏體基本分解完了。對(duì)于剛性小的焊件，可以冷至室溫 再回火；對(duì)于大厚度的焊件，需采用較復(fù)雜的工藝；焊后冷至100150，保溫0.51h,然后加熱至回火溫度。 3）焊后熱處理 目的是降 低焊縫和熱影響區(qū)的硬度，改善塑性和韌性，同時(shí)減少焊接殘余應(yīng)力。焊后熱處理分回火和完全退火兩種?；鼗饻囟葹?50750，保溫1h，空冷；若焊件 焊后需機(jī)加工的，為了得到最低硬度