马氏体不锈钢熔化区的相变过程及微观组织分析

含有名义成分（质量分数）为：11%～14%Cr，0.1%～0.25%C的马氏体不锈钢的熔池凝固成δ铁素体，而由于碳和其他合金元素在凝固过程中的偏析，在某些情况下，凝固终了时会形成奥氏体或者奥氏体和铁素体的混合物。固态焊缝金属继续冷却时铁素体转变成奥氏体，而在低于大约1100℃（2012°F）时形成全奥氏体组织；进一步冷却奥氏体将转变为马氏体。这个转变过程可由下面的序列表示并图解于图4-4，其典型的微观组织示于图4-6a。

相变路径1：全马氏体组织

L→L+F_p→F_p→F_p+A→A→马氏体

如果一些铁素体是在凝固终了时形成的，则可能充分富集铁素体形成元素（特别是含有铬和钼的话）；而在凝固温度以下冷却时不转变为奥氏体，而残留在凝固晶界或亚晶界。最终的焊缝金属组织将含有马氏体和“共晶铁素体”的混合物，因为这种凝固终了时形成的铁素体被假设是通过共晶反应形成的，其数量决定于铁素体形成元素和奥氏体形成元素的比值和凝固条件。这个相变可表示为以下序列并图解于图4-5，其典型微观组织示于图4-6c。

相变路径2：马氏体+共晶铁素体两相组织

L→L+F_p+（A+F_e）→F_p+A+F_e→A+F_e→M+Fe

图4-4 形成全马氏体的熔池金属的相转变

F_p—初始铁素体 M_s—马氏体转变开始温度 M_f—马氏体转变终了温度

图4-5 形成马氏体和铁素体的熔池金属的相转变(www.xing528.com)

F_p—初始铁素体 F_e—共晶铁素体 M_s—马氏体转变开始温度 M_f—马氏体转变终了温度

某些初析铁素体（F_P）也有可能在高温时不完全转变成奥氏体，而在冷却时残留在组织中直至室温，这个转变路径可用以下序列表示。由此形成的典型组织示于图4-6b。

相变路径3：马氏体+初析铁素体两相组织

L→L+F_p→F_p→A+F_p→M+F_p

Castro和deCadenet^[11]还假设：由于奥氏体相变不完全，铁素体可以残留在初析铁素体枝晶的芯部。这和奥氏体不锈钢中出现的“骨架”（skeletal）铁素体形成的机理相似。虽然理论上在枝晶芯上残留铁素体是可能的，然而在焊缝金属中铁素体一般是沿着凝固晶界和亚晶界出现，或者如图4-6所示，是分布在马氏体相内或其周围。

在冷却时也会有一些碳化物析出，这取决于冷却速度，这些碳化物一般是M₂₃C₆和M₇C₃型，这里M主要是Cr和Fe，而M₇C₃型碳化物经常限于碳含量较高的不锈钢（w（C）>0.3%）。

图4-6 马氏体不锈钢熔池金属组织

a）410型钢全马氏体组织 b）410型钢马氏体+残留铁素体组织（深色腐蚀相是马氏体，浅色腐蚀相是铁素体） c）12Cr-1Mo合金（HT9）中马氏体和沿凝固亚晶界分布的铁素体组织（深色腐蚀相是铁素体）