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1、超马氏体不锈钢简介创建时间：2008-08-02超马氏体不锈钢简介超马氏体不锈金刚亦称软马氏体不锈钢，有的也叫做可焊接马氏体不锈钢或13Cr 不锈钢。传统的马氏体不锈钢通常是指410、420和431等牌号的不锈钢，含铬量分别为13%和17% 左右。由于这类钢缺乏足够的延展性，而且在制造过程中墩应力裂纹下分敏感，可焊性差，因而，使用受到限制，成为不锈钢簇中不太受关注的一类材料。为了克服上述不足，50年代末，瑞士人引入软马氏体的概念。最初的目的是为了改善水轮发电机叶轮的焊接性能。通过降低含碳量（最高碳含量为0.07%） ，增加镍含量（3.5% - 4.5%） ，开发出了一系列新的合金。这类合金抗拉
2、强度高，延展性又好，焊接性能也得到了改善。随着冶炼技术进步，AOD/VOD 精炼技术广泛地应用于不锈钢的精炼，这类合金的最高碳含量从0.07%降低到0.05%和0.03%。经过人们不懈的努力，碳含量进一步降低，同时合金成分经过进一步优化，不锈钢的综合力学性能得到提高，耐腐蚀性良好，特别是焊接性能得到显著改善，形成了新的超马氏体不锈钢系列，成为不锈钢族中耀眼的一个系列，受到人们广泛的关注。近年来，采用加压冶金技术开发的含氮马氏体不锈钢也属于马氏体不锈钢范围。超马氏体不锈钢的典型化学成分见下表。典型超级马氏体不锈钢的化学成分，%类型 钢号 C Si Mn Cr Ni Mo Cu NCr13型 00
3、Cr13Ni5Mo 0.03 0.3 0.4/1.0 12.0/14.0 4.0/6.0 0.5/1.0 - 00CrNi5MO2 0.02 0.2 0.4 12.5 5.0 2.0 - 00Cr13Ni5Mo2Ti 0.01 0.3 0.4 12 6.2 2.5 - 00Cr13Ni5MO2Cu 0.02 0.3 0.5/0.7 13 5.0 1.5/2.0 1.5 00Cr13Ni5MoN 0.02 0.2 0.7 13.3 4.8 1.6 0.1 0.0800Cr13Ni6.5Mo2.5Cu0.0150.15 2.0 12 6.5 2.5 0.4 Cr16型 00Cr16Ni5Mo 0.
4、03 - - 16 5 1 - 含氮型 2Cr15MoV 0.3 - - 15 - 1 - 0.3超马氏体不锈钢的力学性能超马氏体不锈钢不仅具有较好的耐腐蚀性、可焊接性，而且具有强度高和低温韧性好的特点。典型的力学性能如下：屈服应力：0.2为550-850MPa抗拉强度：b 为780-1000MPa冲击强度大于50J延伸率大于12%超马氏体不锈钢在加工制造过程中又采取了特殊的工艺措施，使得新的超马氏体不锈钢的焊接性能大大超过了传统的马氏体不锈钢。超马氏体不锈钢由于含碳量低，相当于提高了基体金属中含铬量的比例，所以耐腐蚀性好。超级马氏体不锈钢的应用前景超马氏体不锈钢除具有传统马氏体不锈钢的特点，
5、可以应用于泵、压缩机、阀门及其它机加工用途外，超马氏体海洋用管已经开发成功，满足了海上石油天然气公司对工艺用无缝管输送管道的要求，成为海洋用钢的新成员。荷兰的 NAM 石油天然气公司已经决定对他们位于荷兰北部格罗宁根的天然气田的湿天然气处理设施进行现代化改造，包括对30个球罐进行大修和对所有输送管道的更换，新选用的材料全部是超马氏体13Cr 不锈钢。阿曼国的液态天然气工程需要铺设几十公里长的输送管线，也采用的是超马氏体不锈钢。埃及和尼日利亚也在研究类似的工程。此外，如水力发电、采矿设备、化工设备、食品工业、交通运输及高温纸浆生产设备也是极具潜力的应用领域。超马氏体不锈钢的经济性在超马氏体不锈钢
6、取得成功之前，对许多应用不锈钢的领域，特别是含二氧化碳，或者含二氧化碳和硫化氢腐蚀介质的环境，往往使用双相不锈钢，一些特殊部件甚至要求使用超双相不锈钢。现在，人们越来越多地用超马氏体不锈钢来部分取代双相不锈金刚和超双相不锈钢，这除了超马氏体不锈钢在某些腐蚀环境下仍具有强度高、耐蚀性好以及-40 的冲击韧性好之外，更主要的原因是超马氏体不锈钢比双相不锈钢更经济。首先，在重量相等、耐腐蚀性相当的前提下，采用超13Cr 不锈钢比采用双相不锈钢便宜大约30%。其次，超13Cr 不锈钢的强度比双相不锈钢高得多，所以用超13Cr 不锈钢制作的零部件（如三通、弯头、输送管和支管）的壁厚可以减薄，成本降低10
7、%-15%。总计下来，超 13Cr 不锈钢与双相不锈钢比较，总成本降低35%-40% 。这样大幅度的成本降低，使得人们不能忽略它在竞争日益激烈的工业，如石油天然气工业上的应用。结论（1）超马氏体不锈钢具有较好的力学性能，典型的屈服应力 0.2为550-850MPa，抗拉强度 b 为780-1000MPa，并具有很好的冲击韧性和延展性。（2）超马氏体不锈钢的显微组织为低碳回火马氏体。根据含镍量的多少及热处理条件的差异，一些超马氏体不锈钢的组织可能出现部分细化弥散的残留奥氏体和少许的 铁素体。（3）由于超马氏体不锈钢含碳量比传统马氏体不锈钢体，而且，钢中增加了适量的镍和钼，因而，耐腐蚀性有所提高。
8、（4）超马氏体不锈钢焊接性能比传统马氏体不锈钢好，可以采用常规的焊接工艺实施焊接。低碳低氮超马氏体不锈钢可以在焊接状态下使用，必要时可以施以焊后热处理，以获得较低的硬度和更好的韧性。（5）超13Cr 不锈钢是一类经济适用的新钢种，其使用成本比双相不锈钢低35%-40%，从而使这类钢在不锈钢家族中具有极强的竞争优势，应用前景十分广阔。三峡水轮机是世界上已经建造的和目前正在建造的最大水轮机之一。每个水轮机转轮的最大外径10m，重450t ，单机容量700MW。转轮材料采用410NiMo(13Cr，4Ni，0.5 Mo) 马氏体不锈钢。这样的巨型转轮已经超出了常规制造技术，国内外制造商一致采用拼焊结
9、构转轮，即转轮上冠、叶片和下环分别铸造，然后整体组焊，焊接接头的最大厚度达300毫米，因此，三峡转轮的焊接具有超厚截面、大拘束度、高强马氏体不锈钢焊接的特点，如此巨型转轮在国内外还没有先例。 目前，水轮机转轮焊接与设计中，对于转轮母材及焊接接头仅提出一般的力学性能要求，而对于直接关系到转轮安全可靠运行的抗断裂性能，缺乏更为深入的要求。因此，本论文针对三峡水轮机等大型转轮马氏体不锈钢焊接材料及熔敷金属冲击性能进行了较深入的研究。 本文选用三峡水轮机应用的大气冶炼的 OCr13Ni5Mo 实芯焊丝，以及真空冶炼的 OOCr13Ni5Mo 实芯焊丝。试验研究内容包括：熔敷金属冲击性能研究，主要采用夏
10、比冲击试验方法，通过扫描电子显微镜对断口表面的分析，X 射线衍射对相组织的分析，研究了熔敷金属的冲击断裂行为，为优化焊接材料与工艺奠定了技术基础，为转轮安全可靠运行提供了一定的试验研究依据。 本文的主要研究结论为： 1N、O 含量对熔敷金属冲击性能有明显影响，其中O 含量是决定冲击功的主导因素，过高的N 含量容易引起焊缝金属的气孔缺陷。熔敷金属中明显增 C 时，冲击韧性将大幅降低，建议 Ar+CO_2保护气中的 CO_2含量应控制在23为宜。 2TIG 填丝确实可大幅提高熔敷金属的冲击功，TIG 填丝可以做为焊接修复改善焊缝熔敷金属冲击韧性的一个有效手段。TIG、MAG、高速 MAG、激光MA
11、G 四种工艺方法中，TIG 填丝焊接工艺对熔敷金属冲击功的提高是最显著的(达250J)，对于修复改善焊缝熔敷金属冲击韧性可以达到最佳的效果。 3高速 MAG 和激光MAG 使用大气 HS135L 时可以大幅提高经过焊后热处理熔敷金属的冲击功，其冲击功达到或超过转轮母材及热影响区的冲击功。MAG 焊经焊后热处理的大气 HS135L 焊丝熔敷金属冲击功只有80J 左右，而高速MAG 经焊后热处理的大气 HS135L 焊丝熔敷金属室温冲击功可达124J 以上，激光MAG 经焊后热处理的大气 HS135L 焊丝熔敷金属冲击功可达142J 以上，达到或超过转轮母材及热影响区冲击功(125J)。 4激光-
12、MAG 复合在使用真空 HS135L 焊丝时，不仅可以大幅提高经过焊后热处理熔敷金属的冲击功，同时还可以大幅提高熔敷金属焊态的冲击功。MAG 焊大气 HS135L 焊丝熔敷金属焊态冲击功只有30J 左右，焊后热处理熔敷金属冲击功80J 左右；激光MAG 真空 HS135L 焊丝熔敷金属焊态冲击功达67J，焊后热处理熔敷金属冲击功接近110J。 5熔敷金属冲击功与熔敷金属中逆变奥氏体含量成正比，即逆变奥氏体含量越高，冲击功越高。试述马氏体不锈钢的焊接工艺发布时间:12-15阅读：541属于马氏体不锈钢的钢号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr13Mo、1Cr17Ni2、2Cr
13、13Ni2、9Cr18、9Cr18MoV 等。 焊接性 有强烈的冷裂倾向，焊缝及热影响区焊后均为硬而脆的马氏体组织，钢中含碳量越高，冷裂倾向越大。焊接时在温度超过1150的热影响区内，晶粒 显著长大。过快或过慢的冷却都可能引起接头脆化。例如，1Cr13钢焊后冷却速度小于10/s 时，在热影响区将得到粗大的铁素体加碳化物组织，使塑性显 著降低；当冷却速度大于40/s 时，则会产生粗大的马氏体组织，同样也使塑性下降。马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。 焊接工艺 1）焊前预热 焊前预热是防止产生冷裂纹的主要工艺措施。当 C 的质量分数为0.1% 0.2%时，预热温度为200260，对高刚性焊件可预热至
14、400450。 2） 焊后冷却 焊件焊后不应从焊接温度直接升温进行回火处理，因为焊接过程中奥氏体可能未完全转变，如焊后立即升温回火，会出现碳化物沿奥氏体晶界沉淀和奥 氏体向珠光体转变，产生晶粒粗大的组织，严重降低韧性。因此回火前应使焊件冷却，让焊缝和热影响区的奥氏体基本分解完了。对于刚性小的焊件，可以冷至室温 再回火；对于大厚度的焊件，需采用较复杂的工艺；焊后冷至100150，保温0.51h,然后加热至回火温度。3）焊后热处理 目的是降 低焊缝和热影响区的硬度，改善塑性和韧性，同时减少焊接残余应力。焊后热处理分回火和完全退火两种。回火温度为650750，保温 1h，空冷；若焊件 焊后需机加工的，为了得到最低硬度，可采用完全退火，退火温度为830880，保温2h 炉冷至595，然后空冷。4）焊条的选用 焊接马 氏体不锈钢用焊条分为铬不锈钢焊条和铬镍奥氏体不锈钢焊条两大类。常用铬不锈钢焊条有 E1-13-16（G202） 、E1-13-15（G207） ；常用 铬镍奥氏体不锈钢焊条有 E0-19-10-16（A102） 、E0-19-10-15（A107） 、E0-18-12Mo2-16（A202） 、 E0-18-12Mo2-15（A207）等。
