如在第3章中讨论的,为了预测铁素体不锈钢焊缝金属组织已经开发了很多当量关系式和相组分图。Schaeffler相组分图(图3-4)覆盖了铁素体不锈钢的成分范围,但是在预测铁素钢中是否会出现马氏体方面,相对地不够精确。Kalten-hauser铁素体因子(K因子)能用来预测微观组织是否为全铁素体,但不能提供将出现的马氏体数量的任何信息[32]。下面再次写出K因子,但它不能等价地用于所有的钢,低铬钢和中铬钢要分别设定其临界值。
K因子=Cr+6Si+8Ti+4Mo+2Al-40(C+N)-2Mn-4Ni (5-1)
对于低铬钢405型和409型不锈钢,Kaltenhauser确定为防止焊缝金属中形成马氏体,K因子要超过13.5;而对于中铬钢430型和439型不锈钢,K因子要超过17.0。在实际中,很多商业用钢现在都被设计和制造成K因子接近或超过13.5,所以这些钢的焊缝金属一般是全铁素体或者只含少量的马氏体。这个K因子水平和由此得到的微观组织是通过降低碳含量、添加钛,或者二者的组合来得到的。
在第3章中讨论的Balmforth相组分图[33]是为了预测马氏体和铁素体钢焊缝金属微观组织而开发的。这张图又画在图5-12中以演示其在铁素钢中的应用。在这张图中用方框标出了409型(UNSS40910)、430型和439型不锈钢的成分范围,请注意409型和430型不锈钢跨入了马氏体+铁素体的两相区,而由Ti稳定化的439型不锈钢则完全在铁素体相区。对于409型不锈钢,表5-1中严格限制碳含量的UNSS40910[w(C)max=0.03%]则主要位于铁素体相区内,而如果把其中高碳型的成分[UNSS40900,w(C)max=0.08%]画在Balmforth相组分图上,则成分区将向铁素体+马氏体两相区明显上移。
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图5-12 Balmforth相组分图,标注了409型、430型和439型不锈钢的成分范围
(引自Balmforth和Lippold[33],美国焊接学会授权)
至今Balmforth相组分图在预测铁素体钢焊缝金属的微观组织上还是最精确的,但应指出:这张图是用图3-3所示的成分范围的合金开发出来的,对于成分处于这个范围以外的合金,特别是对于碳含量极低[w(C)<0.03%]或者w(Al+Ti)超过1.0%的钢,这张图可能是不精确的。
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