典型的沉淀硬化不銹鋼的鋼號(hào)用字母PH表示。這一族系的鋼種由于雙重原因而分成3種,即馬氏體沉淀硬化鋼、半奧氏體沉淀硬化鋼及奧氏體沉淀硬化鋼。上述的雙重原因是加入起沉淀硬化作用的元素以及在固溶退火和時(shí)效狀態(tài)下基體的組織。為使上述劃分更為明確,請(qǐng)參考表1-8的細(xì)分與歸納。


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一、沉淀硬化不銹鋼的焊接特性


 1. 馬氏體沉淀硬化不銹鋼


   這類鋼在固溶退火溫度(1038℃~1066℃)下幾乎全部奧氏體化,但當(dāng)冷卻到室溫時(shí),則又發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變。馬氏體轉(zhuǎn)變溫度一般是93℃~150℃.當(dāng)將馬氏體再次加熱到482℃-593℃時(shí),就有一種或多種合金元素出現(xiàn)沉淀硬化與強(qiáng)化。鉬、銅、鈦、鈮、鋁及其化合物在退火溫度下完全溶解,而當(dāng)快速冷卻時(shí),則留在固溶體內(nèi)產(chǎn)生析出相(往往是亞顯微粒子),提高了馬氏體基體的硬度與強(qiáng)度。馬氏體PH鋼的化學(xué)成分必須嚴(yán)格控制,否則在固溶退火時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的δ-鐵素體。若奧氏體太穩(wěn)定,則又會(huì)在固溶退火之后,留下過(guò)多的奧氏體。這兩種傾向皆會(huì)妨礙時(shí)效處理時(shí)的完全硬化,尤其是鋼中的碳與氮影響明顯,其來(lái)源是工廠塵埃與大氣污染。這種鋼的焊接性良好,與奧氏體300系列相近,焊前不必預(yù)熱,裂紋傾向性小。這種鋼單層焊時(shí),焊縫金屬及熱影響區(qū)一般好像通過(guò)了焊后沉淀硬化處理一樣。但多層焊時(shí),則會(huì)出現(xiàn)組織不均一,必須進(jìn)行焊后的沉淀硬化處理以達(dá)組織均一。焊接馬氏體沉淀硬化不銹鋼的焊接材料可以按強(qiáng)度選300系列奧氏體不銹鋼焊接材料。


 2. 半奧氏體沉淀硬化不銹鋼


  這種鋼是PH鋼中金相組織最為復(fù)雜的一種。在固溶處理或退火狀態(tài)下,這種鋼基本上是奧氏體,還有5%~20%的8-鐵素體,而在以后的熱處理過(guò)程中,鐵素體保持不變。半奧氏體鋼由退火溫度急冷至室溫仍然保持奧氏體組織,因?yàn)轳R氏體轉(zhuǎn)變溫度低于室溫。在退火狀態(tài)下,其成型性能與301不銹鋼相似。在加工制作完畢之后,它可以通過(guò)3個(gè)簡(jiǎn)單步驟來(lái)硬化:①. 奧氏體化;②. 馬氏體轉(zhuǎn)變;③. 時(shí)效硬化。半奧氏體沉淀硬化不銹鋼焊接時(shí)無(wú)明顯的裂紋傾向。至于焊接工藝,不論手工電弧焊、熔化極與非熔化極氣體保護(hù)焊以及電阻焊,都與一般奧氏體鋼無(wú)太大區(qū)別。總的說(shuō)來(lái),半奧氏體PH鋼一般皆在退火狀態(tài)下進(jìn)行焊接,而且母材含碳量低容易焊接,不會(huì)出現(xiàn)冷裂紋;只有當(dāng)焊縫也要求有高強(qiáng)度時(shí),才選用與母材成分接近的焊接材料焊接,并在焊后進(jìn)行全面的退火與時(shí)效處理。除此以外,一般采用300系列奧氏體不銹鋼焊接材料即可進(jìn)行焊接。


 若在焊接之前焊件業(yè)已經(jīng)過(guò)全面的退火與沉淀硬化熱處理,則在焊后不論焊縫金屬本身或熱影響區(qū),皆無(wú)明顯硬化現(xiàn)象發(fā)生。


 3. 奧氏體沉淀硬化不銹鋼


這種鋼的合金含量極高,足以使之在退火或任何一種時(shí)效處理后仍然保持奧氏體組織。沉淀硬化相在1093℃~1121℃退火時(shí),將解于固溶體中,并在快速冷卻時(shí)一直保持溶解于固溶體之中。當(dāng)再加熱到649℃~760℃時(shí),則沉淀析出,從而提高了奧氏體的強(qiáng)度與硬度。它的硬度低于馬氏體或半奧氏體PH鋼,但其仍然保持著無(wú)磁性。


二、沉淀硬化不銹鋼的焊接方法與工藝


 沉淀硬化不銹鋼的焊接方法與工藝,與前面所述的奧氏體不銹鋼基本相同,所不同的僅在于焊后必須熱處理,以達(dá)到預(yù)期的力學(xué)性能;而這對(duì)于奧氏體不銹鋼來(lái)說(shuō),在有些情況下,焊后熱處理有時(shí)是不必要的。


沉淀硬化不銹鋼可以用相匹配的同材質(zhì)焊接材料或異種焊接材料焊接,或者不用填充焊絲。沉淀硬化不銹鋼焊接,有許多焊接材料可供選用,但唯一最通用的焊絲是業(yè)已納人AWS規(guī)程的630合金,見表2-10。


表 10.jpg


  沉淀硬化馬氏體不銹鋼的焊接材料,在要求焊縫性能與母材相當(dāng)時(shí),應(yīng)選用與母材同質(zhì)的焊材,如表2-10中17-4PH的配套焊接材料。如果不需要焊縫與母材相當(dāng),可選用奧氏體不銹鋼焊接材料(如308L、347L),或采用鎳基合金焊接材料。


 選用與母材同成分焊接材料的焊縫,在樹枝狀晶的馬氏體組織中,存在有少量鐵素體。少量的鐵素體和殘余奧氏體析出,增加了焊縫的塑性,但強(qiáng)度降低了。因此,對(duì)同材質(zhì)焊接材料的成分應(yīng)適當(dāng)調(diào)整,其鎳、錳應(yīng)比母材略高,焊后經(jīng)1040℃固溶處理,強(qiáng)度幾乎不變,而延伸率顯著提高。