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。這類合金抗拉強度高，

2、延展性又好，焊接性能也得到了改善。隨著冶煉技術進步，AOD/VOD精煉技術廣泛地應用于不銹鋼的精煉，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，碳含量進一步降低，同時合金成分經(jīng)過進一步優(yōu)化，不銹鋼的綜合力學性能得到提高，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系列，受到人們廣泛的關注。近年來，采用加壓冶金技術開發(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成分見下表。典型超級馬氏體不銹鋼的化學成分，%類型鋼號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，而且具有強度高和低溫韌性好的特點。典型的力學性能如下：屈服應力：0.2為550-850MPa抗拉強度：b為780-1000MPa沖擊強度大于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，相當于提高了基體金屬中含鉻量的比例，所以耐腐蝕性好。超級馬氏體不銹鋼的應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，可以應用于泵、壓縮機、閥門及其它機加工用途外，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施進行現(xiàn)代化改造，包括對30個球罐進行大修和對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、采礦設備、化工設備、食品工業(yè)、交通運輸及高溫紙漿生產(chǎn)設備也是極具潛力的應用領域。超馬氏體不銹鋼的經(jīng)濟性在超馬氏體不銹鋼取得成功之前，對許多應用不銹鋼的領域，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、，人們越來越多地用超馬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。首先，在重量相等、耐腐蝕性相當?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%?？傆嬒聛?，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、應用。結(jié)論（1）超馬氏體不銹鋼具有較好的力學性能，典型的屈服應力0.2為550-850MPa，抗拉強度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條件的差異，一些超馬氏體不銹鋼的組織可能出現(xiàn)部分細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的競爭優(yōu)勢，應用前景十分廣闊。三峽水輪機是世界上已經(jīng)建造的和目前正在建造的最大水輪機之一。每個水輪機轉(zhuǎn)輪的最大外徑10m，重450t，單機容量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，國內(nèi)外制造商一致采用拼焊結(jié)構轉(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、高強馬氏體不銹鋼焊接的特點，如此巨型轉(zhuǎn)輪在國內(nèi)外還沒有先

9、例。 目前，水輪機轉(zhuǎn)輪焊接與設計中，對于轉(zhuǎn)輪母材及焊接接頭僅提出一般的力學性能要求，而對于直接關系到轉(zhuǎn)輪安全可靠運行的抗斷裂性能，缺乏更為深入的要求。因此，本論文針對三峽水輪機等大型轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼焊接材料及熔敷金屬沖擊性能進行了較深入的研究。 本文選用三峽水輪機應用的大氣冶煉的OCr13Ni5Mo實芯焊絲，以及真空冶煉的OOCr13Ni5Mo實芯焊絲。試驗研究內(nèi)容包括：熔敷金屬沖擊性能研究，主要采用夏比沖擊試驗方法，通過掃描電子顯微鏡對斷口表面的分析，X射線衍射對相組織的分析，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基礎，為轉(zhuǎn)輪安全可靠運行提供了一定的試驗研究依據(jù)。 本文

10、的主要研究結(jié)論為： 1N、O含量對熔敷金屬沖擊性能有明顯影響，其中O含量是決定沖擊功的主導因素，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，沖擊韌性將大幅降低，建議Ar+CO_2保護氣中的CO_2含量應控制在23為宜。 2TIG填絲確實可大幅提高熔敷金屬的沖擊功，TIG填絲可以做為焊接修復改善焊縫熔敷金屬沖擊韌性的一個有效手段。TIG、MAG、高速MAG、激光MAG四種工藝方法中，TIG填絲焊接工藝對熔敷金屬沖擊功的提高是最顯著的(達250J)，對于修復改善焊縫熔敷金屬沖擊韌性可以達到最佳的效果。 3高速MAG和激光MAG使用大氣HS135L時可以大幅提高經(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焊絲熔敷金屬沖擊功只有80J左右，而高速MAG經(jīng)焊后熱處理的大氣HS135L焊絲熔敷金屬室溫沖擊功可達124J以上，激光MAG經(jīng)焊后熱處理的大氣HS135L焊絲熔敷金屬沖擊功可達142J以上，達到或超過轉(zhuǎn)輪母材及熱影響區(qū)沖擊功(125J)。 4激光-MAG復合在使用真空HS135L焊絲時，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沖擊功80J左右；激光MAG真空HS135L焊

12、絲熔敷金屬焊態(tài)沖擊功達67J，焊后熱處理熔敷金屬沖擊功接近110J。 5熔敷金屬沖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)布時間:12-15閱讀：541屬于馬氏體不銹鋼的鋼號有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr13Mo、1Cr17Ni2、2Cr13Ni2、9Cr18、9Cr18MoV等。 焊接性 有強烈的冷裂傾向，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，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；當冷卻速度大于40/s時，則會產(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）焊前預熱 焊前預熱是防止產(chǎn)生冷裂紋的主要工藝措施。當C的質(zhì)量分數(shù)為0.1%0.2%時，預熱溫度為200260，對高剛性焊件可預熱至400450。 2） 焊后冷卻 焊件焊后不應從焊接溫度直接升溫進行回火處理，因為焊接過程中奧氏體可能未完全轉(zhuǎn)變，如焊后立即升溫回火，會出現(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，嚴重降低韌性。因此回火前應使焊件冷卻，讓焊縫和熱影響區(qū)的奧氏體基本分解完了。對于剛性小的焊件，可以冷至室溫 再回火；對于大厚度的焊件，需采用較復雜的工藝；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，同時減少焊接殘余應力。焊后熱處理分回火和完全退火兩種。回火溫度為650750，保溫1h，空冷；若焊件 焊后需機加工的，為了得到最低硬度