异种高铬钢（马氏体/铁素体）组合的焊接优化

1.焊接性

高铬钢是指铬的质量分数[w（Cr）]在12%以上的铬不锈钢，不含镍，只有少数耐酸型高铬钢含少量镍如14Cr17Ni2（1Cr17Ni2）；高铬钢按其含碳量可分高碳高铬钢和低碳高铬钢两种，高碳高铬钢属于马氏体型不锈钢，低碳高铬钢属于铁素体型不锈钢；高铬钢按性能用途又可分为抗氧化不锈钢（合金元素只有铬）、耐酸耐热高铬钢（含少量量Ti或Ni）及耐热高强度高铬钢（含铌、钒、钨等）三种。表2-1中的Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ类就是按高铬钢性能用途的分类法。但真正讨论其焊接性时，又必须按金相组织分类法。无论是马氏体型高铬钢，还是铁素体型高铬钢，由于含有强碳化物形成元素铬的存在，因此熔合区中不会有明显的扩散层存在，不会发生热裂纹缺陷。

高铬钢焊接时存在的主要问题是：铁素体型钢是一种低碳高铬[w（Cr）17%～28%]合金，在固溶状态下为单相铁素体组织，这类钢虽然无淬硬性，但热敏感性很高，在焊接高温作用下会使晶粒严重粗化（含铬量越高，粗化越严重）而引起塑性和韧性显著下降；马氏体型钢w（Cr）为11.5%～18%，有强烈的空淬倾向，几乎在所有的冷却条件下都转变成马氏体组织，同时也有晶粒粗化倾向和回火脆性。可见这两类钢的焊接性都比较差，尤其是马氏体型钢更差。所以，焊接不同马氏体-铁素体型异种钢时，最重要的是必须采取措施防止接头近缝区产生裂纹或塑性和韧性的下降。焊接性不好的金属材料，最好采用焊条电弧焊及TIG焊或埋弧焊等焊接方法。

对于铁素体型钢，通常采取的措施是选用抗裂性能好的奥氏体或镍基填充材料，采用小参数、快速焊、窄焊道，以及多层焊时严格控制层间温度等手段。对于马氏体型钢，则必须预热，预热温度通常要高于250～300℃（但不超过400℃），采用小热输入施焊，焊后缓冷，冷却到低于100℃时再进行700～750℃的高温回火。只有当焊件厚度在10mm以下时，且无刚性固定的情况下，才可以不预热。如果焊接构件不承受冲击载荷，厚度较大时也可以不预热，但此时必须采用奥氏体组织的焊缝金属，因此会产生焊缝强度大大低于母材的严重问题。

另外，这种焊接接头在热处理时，还会在熔合区产生使工作能力下降的组织变化。所以不预热而采用奥氏体焊接材料焊接这类钢时应十分慎重，只有在无法进行热处理，且只承受静载荷，又无很大压力的情况下才允许采用奥氏体焊接材料进行焊接。

异种马氏体与铁素体型高铬不锈钢组合焊时的焊接材料及预热、回火温度见表2-36。

2.焊接材料的选择

如表2-36所示，对于异种高铬不锈钢（Ⅶ+Ⅶ）组合的焊接，应选用E410-15（G207）不锈钢焊条，埋弧焊时选用H12Cr13（H1Cr13）焊丝。对于高铬不锈钢和高铬耐酸耐热钢组合的焊接（Ⅶ+Ⅷ类），焊接材料的选用与焊接高铬不锈钢时相似，在特殊情况下也可以选择奥氏体型不锈钢焊条和焊丝，如E309-15（A307）焊条和H16Cr23Ni13（H2Cr23Ni13）焊丝。对于高铬不锈钢和高铬热强钢（Ⅶ+Ⅸ）的焊接，焊条可按高铬不锈钢母材一侧成分选用E410-15（G207）焊条，也可以选用E11MoVNiW-15（R817）或E11MoVNi-15（R827）焊条。对于高铬耐酸耐热钢和高铬热强钢组合的焊接（Ⅷ+Ⅸ），可以选用E430-15（G307）不锈钢焊条、E11MoVNiW-15（R817）、E11MoVNi-15（R827）或E309Mo-16（A312）不锈钢焊条。

选择焊接材料时应注意两个问题：一是不能使焊缝金属形成单相铁素体组织，以免铁素体晶粒过分增大，使接头产生脆性，又无法用热处理消除；另一个是焊缝中应含有钛或其他碳化物形成元素，不然使接头的塑性和韧性变得极差，且有冷裂倾向。因此，不同高铬钢焊接时，最好选用铬镍铁素体-奥氏体钢的焊接材料。

3.预热和焊后热处理(www.xing528.com)

异种低碳铁素体型不锈钢焊接时，焊前可以不预热，并应选择较小的焊接热输入和低于100℃的层间温度，以防止晶粒长大。对于w（C）大于0.1%的异种马氏体-铁素体型高铬不锈钢的焊接，为了防止焊接时有裂纹出现，焊前应预热到200～300℃，焊后要进行700～740℃的高温回火。对于高铬不锈钢和高铬耐酸耐热钢的焊接，预热温度和回火温度的选择要与焊接高铬不锈钢时相似。高铬不锈钢和高铬热强钢焊接时，焊前预热温度应控制在350～400℃，焊后保温缓冷后立即进行700～740℃的高温回火处理。对于高铬耐酸耐热钢和高铬热强钢的焊接，预热温度与回火温度及层间温度的选择与高铬不锈钢和高铬热强钢焊接时相近，可参考表2-36及表2-37。

异种高铬钢组合焊接采用焊条电弧焊时，涉及了以下三种焊条，即以G字母开头的高铬钢焊条；以A字母开头的奥氏体钢焊条；以R字母开头的耐热钢焊条。铬钼耐热钢焊条各种牌号的简明介绍见标准GB/T5118—2012；高铬钢（铬不锈钢）焊条各种牌号的熔敷金属（焊缝金属）主要成分及用途简介见GB/T983—2012标准。奥氏体型钢（铬镍不锈钢）焊条各种牌号的焊缝金属主要化学成分及主要用途见本章2.2.5节有关内容及表2-49。

表2-36 异种马氏体-铁素体型高铬不锈钢组合焊时的焊接材料及预热温度、回火温度

表2-37 异种高铬不锈钢组合焊时的预热和层间温度以及焊后热处理规范

（续）