馬氏體不銹鋼標準合金種類和焊接材料

   馬氏體不銹鋼是以Fe-Cr-C三元系為基礎的。除了冷卻很慢，比如隨爐冷卻外，在一般熱-機械加工狀態(tài)，這種鋼都經(jīng)過同素異構轉變，由奧氏體生成馬氏體。這種鋼常稱為空氣淬硬鋼，這是因為從爐中以奧氏體狀態(tài)取出后，在靜止的空氣中冷卻的速度就快得足以產(chǎn)生大量的馬氏體。正常的焊接冷卻速度也快得足以產(chǎn)生以馬氏體為主的焊縫和HAZ微觀組織。

        馬氏體不銹鋼可以達到很寬的強度范圍，屈服強度可以從退火狀態(tài)下的275MPa（40ksi）到淬火＋回火狀態(tài)（高碳類）下的1900MPa(280ksi)。對于大多數(shù)工程應用，淬火后的鋼一般要進行回火，以得到所需的韌性和塑性，淬火＋回火處理也可以得到高的硬度，以改善金屬對金屬的抗磨損和抗擦傷的能力。

        一般講，馬氏體不銹鋼由于其較低的鉻含量［w(Cr)=12%~14%］和較高的碳含量（和更耐腐蝕的不銹鋼比較），其耐蝕性不如其他不銹鋼鋼種。這種鋼一般是用在同時要求高強度和耐腐蝕的大氣環(huán)境中。由于馬氏體不銹鋼的鉻及其他合金元素含量低，所以其價格也比其他類型不銹鋼低。

        馬氏體不銹鋼的一般用途包括在較低溫度下工作的蒸汽輪機、燃氣輪機和噴射式渦輪發(fā)動機的葉片、蒸汽管道，大型水輪機，淡水運河船閘，石油采集及精煉用管道和閥門以及連鑄輥表面熔敷金屬等。低碳超級馬氏體類鋼越來越多地用于油、氣管道。而高碳高鉻類馬氏體鋼則用于制造外科手術器械、餐具、齒輪和軸等物件。

        馬氏體不銹鋼一般不用于高于650℃（1200°F）的工作環(huán)境，因為力學性能和耐腐蝕性能都會變差。在焊接冷卻時因為形成未經(jīng)回火的馬氏體，所以馬氏體不銹鋼是各種不銹鋼中焊接性最差的。和很多難焊的結構鋼類似，在焊接馬氏體類不銹鋼時要特別當心，尤其是對碳的質量分數(shù)高于0.1％的鋼。

       馬氏體不銹鋼根據(jù)它對氫致裂紋或叫冷裂紋的敏感性可分為三組。分類是根據(jù)其碳含量，因為碳很大程度上決定焊后狀態(tài)下馬氏體的硬度，而后者直接影響它對冷裂紋的敏感性。焊接時困難最小的一組包括碳的質量分數(shù)接近或低于0.06%的鋼。這組鋼的最高硬度限于洛氏硬度35HRC以下，用焊接低合金高強度鋼相似的工藝就能成功焊接。第二組包括碳的質量分數(shù)約為0.06％～0.30%的鋼，這組鋼焊后硬度范圍由高于35HRC直到大約55HRC，因而有較高的裂紋傾向，相應地要求高達315℃(600°F)的高溫預熱。第三組鋼包括碳的質量分數(shù)高于0.30％焊后硬度達到55～65HRC的鋼，這組鋼為了避免裂紋要求非常特殊的焊接工藝。

       大量鉻的質量分數(shù)在11.5％～18％的馬氏體鋼可供采用，其中大多數(shù)用于結構用的鋼種，碳的質量分數(shù)在0.1％～0.25％范圍。某些鋼加有少量Mo、V和W，這些元素通過形成穩(wěn)定的碳化物而提高高溫強度。添加Ni是為了增加韌性。而高碳含量的440型不銹鋼是用于要求高硬度，高耐磨性和高耐蝕性的場合。

        焊接馬氏體不銹鋼時為了和母材強度匹配，要求用等匹配或近匹配（指成分匹配）的焊接填充金屬。得到的焊縫金屬也要能承擔和母材相似的焊后熱處理。然而并不是所有的母材金屬都能從AWS（美國焊接協(xié)會）規(guī)定的焊接材料品種中找到匹配的填充金屬，出了AWS填充金屬分類和由其熔敷的馬氏體不銹鋼金屬成分，以及由其匹配的母材金屬牌號。還有很多未列入分類的專賣填充金屬，大部分是用于埋弧焊的藥芯焊絲，其熔敷金屬屬于中碳范圍，主要用于軋鋼機連鑄器輥輪的表面熔敷。在某些應用場合，特別是當焊縫金屬氫致裂紋成為主要問題時，要求選用奧氏體填充金屬焊馬氏體不銹鋼母材，因為奧氏體有較高的氫溶解度并且本身不會產(chǎn)生氫致裂紋。另一個經(jīng)常要求用奧氏體填充金屬的場合是：要焊的馬氏體鋼母材處于退火狀態(tài)，而焊件又要求在焊后狀態(tài)使用。奧氏體不銹鋼填充金屬被馬氏體母材稀釋后會產(chǎn)生奧氏體＋鐵素體兩相組織，除了母材處于退火狀態(tài)，這種焊縫組織會比母材軟得多。對于含有鐵素體的焊縫，在進行焊后熱處理時要實施某些預防措施，因為在標準的回火溫度范圍內(nèi)有可能產(chǎn)生σ相脆化。

        Ni基填充金屬和馬氏體鋼在冶金上也是相容的，當母材金屬對其稀釋不嚴重時，會形成全奧氏體焊縫金屬。無論從性能（強度）還是從價格角度考慮，一般不使用異種金屬作為填充金屬。然而對于馬氏體不銹鋼和奧氏體合金之間的過渡接頭，也可能用異種填充金屬，這是因為過渡接頭要求其線脹系數(shù)也具有過渡性，或者是因為要求其焊縫金屬強度只需高于最薄弱的部件。