不锈钢填充金属在难焊钢中的应用

在奥氏体不锈钢填充金属中，或者在铁素体-奥氏体不锈钢填充金属中的奥氏体相能够很大程度上限制氢从焊缝向铁素体或马氏体母材金属的HAZ扩散。而且这种焊缝金属和高碳钢焊缝金属不同，其延性和韧度都很好，所以奥氏体钢填充金属和铁素体-奥氏体不锈钢填充金属已经被用来焊接很多难于焊接的钢，以防止HAZ开裂。

难于焊接的钢的例子有碳的质量分数高于0.25%用于军事装备（如坦克）的装甲钢，用于采矿或矿产加工业中处理矿石的耐磨损钢，用于金属加工业中的工具、模具钢以及相似用途的钢。用于焊这些难焊钢的奥氏体填充金属包括：307、308HMo、309Mo、310、312钢和European18-8Mn成分钢，这种钢在欧洲经常被误当作307钢，然而18-8Mn钢和307钢的成分是不同的。307含有Mo，而18-8Mn不含Mo，但其锰含量高于307钢。

Schaeffler相组分图和加上了马氏体边界的修正的WRC-1992相组分图可用来预测根部焊道是否含铁素体，也可预测根部焊道是否会转变为马氏体。上面列出的填充金属中只有312像是在焊接难焊钢时能产生含铁素体的根部焊道。而其他成分的填充金属，尽管不产生铁素体，但都有十分高的抗凝固裂纹能力，因而被广泛应用。用Schaeffler和WRC-1992相组分图来预测这些焊缝金属的组织的方法和9.2.1节中讨论过的预测A508钢或A36钢与304L钢焊接后组织的例子是相似的。但是这两张相组分图并不总是得到相似的预测结果。一个例子是用不锈钢填充金属把耐磨损钢焊接到结构钢上，因为耐磨损钢如果采用铁素体填充金属，则对HAZ氢致裂纹很敏感，所以在焊接采矿业中处理矿石的设备时，为了避免高温预热，经常选择不锈钢作填充金属。奥氏体填充金属可以防止焊缝中的氢向HAZ扩散，从而大大降低了对预热的要求。为此目的，最常用307钢和Eu_- ropean18-8Mn钢两种填充金属去焊接单道角焊缝。

表9-1列出了A36结构钢、耐磨损钢板（AR）和18-8Mn填充金属的典型成分。表中也列出了两种母材以50/50混合后的合成母材成分和以30%的稀释率得到的含15%A36钢、15%AR钢和70%18-8Mn填充金属的根焊缝的成分。表中也计算了Schaeffler和WRC-1992相组分图中的铬当量和镍当量。表中的结果画在Schaeffler相组分图中，如图9-14所示。预测的焊缝金属成分落在相组分图中马氏体+奥氏体的中心区域。结果预测焊缝金属中有一半是马氏体组织，所以很脆。

表9-1 用18-8Mn填充金属以30%稀释率焊接耐磨损钢板（AR）和A36钢板所得成分的举例 （wt%）

注：引自Kotecki^[6]。(www.xing528.com)

图9-14 Schaeffler相组分图，图中画出了用18-8Mn填充金属焊接A36结构钢和AR板时组分变化

图9-15 WRC-1992相组分图，图中画出了用18-8Mn填充金属焊接A36结构钢和AR板时组分变化

图9-15是把上述各种成分画在修正的WRC-1992相组分图上，该图的坐标轴延伸了，并画出了w（Mn）=4%时的马氏体边界。要注意：表9-1中算出的焊缝金属Mn的质量分数略高于4%，所以用w（Mn）=4%的马氏体边界是合适的。图中预测的焊缝金属成分落在马氏体边界线的上方偏右，因而预测在焊缝微观组织中没有马氏体，而是全奥氏体。这种成分的焊缝金属组织没有铁素体，但有很高的抗凝固裂纹的能力。

Schaeffler相组分图预测焊缝有将近50%的马氏体，而修正后的WRC-1992相组分图预测没有马氏体，是哪一个正确呢？图9-16示出了在厚的AR板和25.6mm（1in）厚的A36结构钢板之间的实际角焊缝的金相组织。可见得到的焊缝（下部）的组织是全奥氏体，所以在这种情况下由WRC-1992相组分图可以得到更精确的预测结果。