00Cr19Ni10不锈钢焊接接头性能的研究

摘 要：文章主要对00Cr19Ni10不锈钢的焊接接头进行研究，通过对不锈钢板的焊接，对焊接接头进行拉伸试验、显微硬度、微观组织及铁素体数量测量试验；测试得出00Cr19Ni10不锈钢焊接接头的力学性能的准确数值，通过对接头组织的金相分析和铁素体数量测量，得出组织中有组织长大趋势会产生粗大柱状晶，00Cr19Ni10的铁素体含量控制在3%～8%区间内，可以防止热裂纹的产生并提高了焊接接头力学性能。

关键词：00Cr19Ni10不銹钢；力学性能；焊接接头

前言

奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的钢种，产量约占不锈钢总产量及用量的70%，该类钢是一种十分优良的材料[1]，有极好的抗腐蚀性和生物相容性，因而在各领域中得到广泛应用[2]。奥氏体不锈钢在焊接时容易产生热裂纹，包括焊缝的纵向和横向裂纹、火口裂纹、打底焊的根部裂纹和多层焊的层间裂纹等[3]，00Cr19Ni10钢是奥氏体不锈钢中很有代表性的钢，属于18-8型奥氏体不锈钢[4]，相当于ASME材料304L，塑性和韧性比较好，在焊接过程中一般很少出现淬火硬化现象，但其线膨胀系数要远远大于一般碳钢的线膨胀系数，接头加工硬化能力强[5]，因而易出现焊接热影响发生软化现象，但是它的抗拉强度仍然很高，因此在焊接时很少考虑接头的强度问题[6]，主要考虑的是焊接热裂纹和焊接过程中的热胀冷缩所带来的焊接变形问题[7]。

1 实验方法

采用厚度为4mm的00Cr19Ni10板进行焊接工艺试验。填充金属用ER308L的焊丝，焊接采用纯氩保护气体，焊接选用日本产P-300直流氩弧焊机，焊完后对接头进行力学性能和微观组织分析。

2 实验结果及分析

2.1 机械力学实验

参照GB2651-89《焊接接头拉伸试验方法》，对接头进行拉伸试验，测定焊接接头的抗拉强度。拉伸试样沿着垂直于焊缝方向截取，截取的试样端部经机械加工后，使纵轴与焊缝的轴线吻合，焊缝位于试样中心。拉伸试验结果为σs=690（N.mm-1），δ=70%，可以看出，焊接接头抗拉强度均高于要求值，且有较大富裕量；面弯和背弯试样弯曲后，未产生裂纹或缺陷，表明焊接接头连续、致密，塑性较好。

采用HVS-1000型维氏硬度计，测试焊态下焊接接头焊缝金属、热影响区金属和母材金属三个区域的显微硬度。在焊接过程中，由于00Cr19Ni10不锈钢的淬透性好，焊接后的空冷过程中在热影响区和焊缝形成奥氏体组织，特别是在热影响区和焊缝的交界处，冷却速度加快，形成了奥氏体组织，极大地提高了硬度，显微硬度如图1所示。

2.2 金相组织试验

经5%弱酸电解溶液腐蚀后，进行焊接接头宏观检查，受检面焊缝均未发现焊接缺陷，在400×放大镜下观察焊缝、热影响区、母材三区显微组织均为奥氏体+铁素体，焊缝中铁素体含量较高，组织有所粗化，但未出现明显的粗大（贯通）柱状晶。母材显微组织均匀。焊接接头宏观及微观组织检查，如图2所示：

2.3 焊缝及母材δ铁素体数量的测量

采用瑞士产MP30铁素体检测仪测量焊缝及母材δ铁素体（Fe%）及（FN）数值，测量7次，取平均值，焊缝中δ铁素体（Fe%）和（FN）分别为9.2和7.4，而母材中分别为0.43和0.42，可以看出，焊缝及母材δ铁素体（Fe%）及（FN）数值均一、稳定。奥氏体不锈钢中通常都含有一定数量的铁素体（5%～15%）。铁素体的作用具有双重性，奥氏体不锈钢母材和焊材中一定数量的铁素体（5%～15%）对防止焊接热裂纹，提高焊缝抗晶间腐蚀和应力腐蚀能力都有十分重要的作用，同时铸件中一定数量的铁素体含量（5%～20%）对防止铸造热裂纹，提高铸件力学性能也都是有利的。在一些特定的环境，如高温、超低温以及选择腐蚀环境，应控制其不利作用。铁素体含量过高会损害奥氏体不锈钢的可锻性，特别是用于大锻造比的锻件，铸坯限制铁素体的含量是合理而必要的，通常限制在3%～8%。

3 结束语

通过制定合理的焊接工艺，可以在一定程度上控制热影响区晶粒的长大趋势，从而提高00Cr19Ni10不锈钢的焊接性。

不锈钢多为薄壁板材，氩弧焊可提高焊缝焊接性能，防背面氧化。

00Cr19Ni10的铁素体含量控制在3～8%区间内，可以防止热裂纹的产生并提高了焊接接头力学性能。

参考文献

[1]陈连山，陈兵辉，安金平.304L不锈钢氩弧焊接工艺特点及常见缺陷的防治措施[J].石油工程建设，2008，34（3）：49-50.

[2]周金枝，钟斌.用热处理方法消除奥氏体不锈钢焊接残余应力[J].湖北工业大学学报，2007，22（4）：88-90.

[3]丁立平.我国焊接材料的发展现状及其面临的机遇和挑战[J].钢铁研究报，2012，11（4）：70.

[4]吴玖.双相不锈钢及超级双相不锈钢的现状及发展[M].北京：中国机械工程学会，2012.

[5]张文钺，侯胜昌.双相不锈钢的焊接性及焊接材料[J].焊接技术，2012，33（1）：40.

[6]杨瑞成，王晖，郑丽平，等.高性能镍基耐蚀合金的特性与研究动向[J].材料导报，2011，15（11）：21.

[7]王成，巨少华，荀淑玲，等.镍基耐蚀合金研究进展[J].材料导报：综述篇，2011，23（2）：7121.

作者简介：李增荣（1979-），甘肃天水人，副教授。