06Cr19Ni10和20Cr13鋼的焊接性分析

對于不銹鋼材料的焊接，由于在焊接和使用過程中必須考慮焊縫成分及焊接性問題，工程設計上大多采用相同成分或相近成分的不銹鋼焊接。對于異種基體組織的不銹鋼焊接，例如奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼的焊接，雖同屬不銹鋼范疇，但兩者的基體組織不同，化學成分和物理性能差異很大，一般工程設計上很少采用。然而，在化纖紡織機械中，碳纖維熔體流通的管路，要求材料具有耐腐蝕性和熱強性能,多采用奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼，在管路連接中就涉及到兩者之間的焊接問題。

本公司為某國外化纖工程企業生產的化纖設備，為保證管路接頭法蘭在高溫下(300 ℃)具有一定的熱強性能，法蘭采用20Cr13馬氏體不銹鋼，流通管路采用06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼鋼管。雖然這2種材質同屬不銹鋼范疇，但是它們的基體組織卻不相同，20Cr13基體組織為馬氏體，而06Cr19Ni10基體組織為奧氏體。一般來講，組織狀態相同的同類鋼，其物理性能也基本相同，合金元素越多，熱導率入越小，而線膨脹系數α和電阻率越大。

奧氏體不銹鋼的熱導率入與馬氏體不銹鋼的熱導率入之比為2:3，但其線膨脹系數α卻比馬氏體不銹鋼的大50%，所以這⒉種材料的焊接，必須有可靠的焊接工藝措施來保證和實施。

06Cr19Ni10和20Cr13鋼的焊接性分析

06Cr19Ni10鋼的焊接性

06Cr19Ni10屬于高Cr-Ni鋼，基體組織為奧氏體,屬于18-8型不銹鋼。奧氏體鋼06Cr19Ni10的化學成分見表1。

此類鋼材焊接時，在焊縫的近縫區都有產生裂紋的傾向，主要是熱裂紋，最常見的是焊縫凝固裂紋，HAZ中近縫區的熱裂紋多半是液化裂紋，其原因主要有以下幾點:

( 1)奧氏體不銹鋼熱導率入小而線膨脹系數α大，在焊接局部加熱和冷卻條件下，接頭在冷卻過程中形成較大的拉應力。焊縫金屬凝固期間存在較大拉應力是產生熱裂紋的必要條件。

(2）奧氏體不銹鋼易于產生聯生結晶，形成方向性很強的柱狀晶焊縫組織，利于有害雜質偏析，從而促使形成晶間液膜，顯然易于促使凝固裂紋的產生。

(3）奧氏體不銹鋼合金成分復雜，不僅s，P,Sn，Sb這類雜質可形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如 Si，Nb)，也能形成易溶共晶，如硅化物共晶、鉞化物共晶。這樣，焊縫及近縫區都有可能產生熱裂紋。

控制奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋，從根本上就是控制其焊縫組織,如果為y+6雙相組織，便不會產生凝固裂紋。y+8雙相組織的形成同Cr和 Ni的含量有關，選擇焊接材料時，當w(Cr)ng/w(Ni)。<1.5時，不能形成y+6雙相組織，所以在選擇焊接材料時對此方面必須有所考慮。

奧氏體不銹鋼在焊接時考慮的另一個問題就是敏化區間問題，在敏化區間停留過長容易產生晶間腐蝕，所以焊接時盡量避免過熱、避免焊縫交叉，采用盡可能小的熱輸入。

20Cr13鋼的焊接性

通常所說的馬氏體不銹鋼大多數為Cr13，20Cr13。20Cr13鋼的化學成分見表2。

除了超低碳馬氏體不銹鋼外，常見的馬氏體不銹鋼均有脆硬傾向，C含量越多脆硬傾向越大，從而導致焊縫冷裂紋問題和脆化問題。而且厚度越大，拘束力越大，越容易引起冷裂紋。這類馬氏體不銹鋼無論焊接前的原始狀態如何，焊后冷卻速度快，近縫區必會出現硬化現象，形成粗大的馬氏體硬化區。所以冷卻速度必須加以控制。

06Cr19Ni10與20Cr13鋼的焊接2.1 06Cr19Ni10與20Cr13鋼的焊接分析

這2種材料焊接時，首先就冷卻速度來講，06Cr19Ni10鋼焊接時要防止過熱，而20Cr13鋼卻要

避免冷卻速度過快，以免產生冷裂紋。其次，在焊接工藝參數上，06Cr19Ni10鋼在相同可焊厚度下，所需要的焊接熱輸入要比 20Cr13鋼的小20%左右。所以在制定焊接工藝時，必須考慮在20Cr13一側進行預熱和焊后保溫，同時必須考慮焊縫和熱影響區的道間溫度。這2種材料的焊接，從各自控制的焊接問題方面來講，是比較矛盾的,所以在制定焊接工藝時必須兼顧二者，只有一個行之有效的焊接工藝來保證，才能焊接出達到使用要求的焊接接頭。

焊接材料的選擇

由于06Cr19Ni10 與20Cr13鋼的C含量差異很大，焊接時，C和Cr形成Cr2aC，尤其在20Cr13—側熔合區附近形成貧Cr層，所以在合理控制溫度的同時，在焊縫中必須過渡足夠的Gr并減少C的含量。

06Cr19Ni10鋼與20Cr13鋼焊接時,根據YB/T5092--1996標準，兼顧2種母材的焊接性，為保證其焊縫金屬的耐腐蝕性能，根據等成分原則，選擇HOCr24Ni13Mo2不銹鋼焊絲，其化學成分見表3。

HOCr24Ni13Mo2屬于25-13中型低碳不銹鋼焊絲，靠其高Cr含量來補充焊縫金屬中的Cr含量，以保證w(Cr).h(Ni)。,>1.5，促使形成雙相組織;另一方面更重要的是防止20Cr13 -一側產生貧Cr 層;Mo元素可防止“多邊化裂紋”，而且更要防止凝固裂紋。

采用本文制定的焊接工藝參數焊接的管路與法蘭組件，經檢驗，其焊接合格率能達到*，并且在用戶使用過程中也未發生焊接接頭破壞現象。后經過多日生產，證明此焊接工藝是可以保證焊接接頭質量的。但由于此接工藝比較煩瑣，故目前僅適于大批量生產流水作業。