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孙宾1，李亚江2，张明哲
（1.济南大学机械学院，山东济南095500；2.山东大学材料科学与工程学院，山东济南0955J7）
摘 要： 采用光学显微镜、扫描电镜（SEM）和电子探针（EPMA）等设备对0Cr18Mo2铁素体不锈钢焊接区进行了研究。该钢热影响区在焊接的加热和冷却过程 中未发生相变，但靠近熔合区附近的铁素体晶粒有长大的倾向，这是使热影响区韧性下降的主要因素。较小的热输入能够控制热影响区韧性的降低。
关键词：铁素体不锈钢；焊接；热影响区；组织结构
0Cr18Mo2 铁素体不锈钢是通过真空冶炼生产的高纯铁素体不锈钢，其特点是钢中的C，N，O等间隙原子含量大幅度降低，开辟了少镍、无镍不锈钢的新领域。这种高纯净度 铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢相比，具有优良的抗氯化物应力腐蚀开裂、耐点蚀，耐酸、碱和缝隙腐蚀的性能，且价格降低40%～50%，其应用有了较大发展， 铁素体不锈钢的焊接研究受到越来越多的关注。
受焊接热循环影响，铁素体不锈钢焊接区在室温下韧性较低，易产生裂纹，导致铁素体不锈钢焊接 区域产生裂纹及脆断时有发生。因此，为了深入了解铁素体不锈钢的焊接特性，对0Cr18Mo2高纯铁素体不锈钢焊接区组织结构进行了分析，制定合理的焊接 工艺，以利于铁素体不锈钢的推广应用。
1 试验方法
试验母材是0Cr18Mo2高纯铁素体不锈钢，热处 理状态：850℃×10min，空冷。试板厚度为3mm，采用焊条电弧焊（SMAW）进行焊接，接头形式为不开坡口的平板对接。采用 00Cr18Ni12Mo2Nb铁素体钢专用焊条，属钛钙型药皮超低碳不锈钢焊条，熔敷金属的化学成分 为：C≤0.04%，Cr17%～20%，Ni11%～14%，Mo2%～2.5%。焊接电流90～105A，电弧电压24～26V，焊接速度 0.6～0.8cm/s。
用线切割方法在铁素体不锈钢焊接区域截取试样，经过磨制和抛光后，对试样焊接区域用强腐蚀性溶液（硝酸与盐酸的质量分数比为1:3）进行浸蚀，用金相显微镜、扫描电镜对铁素体不锈钢焊接区域的组织结构进行分析，并用电子碳针分析焊接区域的相组成。
2 试验结果及分析
2.1 金相分析
金相观察表明，铁素体不锈钢焊缝显微组织为奥氏体+铁素体（图1b）。焊缝金属的基体组织为奥氏体，在焊缝的快速冷却过程中，有少量的δ铁素体产生，并位于奥氏体的晶界上。这种少量铁素体与奥氏体共存的焊缝组织具有强度和塑性良好的综合性能，缺口的敏感性较低。
图1 0Cr18Mo2钢焊接区的金相显微组织(SEM)
0Cr18Mo2 钢的热影响区在焊接加热及冷却过程中未发生相变，仍保持颗粒状的特征（图1a。但随着热输入的增大，靠近熔合区的晶粒长大较明显。结果表明，铁素体不锈钢 焊接应采用小的热输入，板厚3mm时，热输入为3.0～4.5kJ/cm，能够有效地防止或减弱因热影响区晶粒长大而造成的脆化。
2.2 扫描电镜及电子探针分析
图2a为铁素体不锈钢焊缝和热影响区的扫描电镜组织，焊缝的组织为奥氏体组织+少量铁素体组织。热影响区未发生相变，晶粒呈颗粒状，晶粒的晶界比较平直，为多边形。
图2 0Cr18Mo2钢的焊接区二次电子图像 （SEM）
图3 0Cr18Mo2钢的焊缝二次电子图像 （SEM）
图3为铁素体不锈钢焊缝扫描电镜组织，并对点A和点B处成分进行电子探针分析，结果见表1。由表1可知，点A处组织为奥氏体，点B处组织为铁素体。
3 结论
（1）铁素体不锈钢采用 00Cr18Ni12Mo2Nb焊条焊接时，焊缝的组织为奥氏体+铁素体，综合性能良好。
（2）0Cr18Mo2铁素体不锈钢的焊接热影响区未发生相变，靠近熔合区的铁素体晶粒有长大的倾向，为了防止热影响区韧性的降低，焊接时应尽可能地采用较小的热输入。
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