典型的沉淀硬化不锈钢的钢号用字母PH表示。这一族系的钢种由于双重原因而分成3种,即马氏体沉淀硬化钢、半奥氏体沉淀硬化钢及奥氏体沉淀硬化钢。上述的双重原因是加入起沉淀硬化作用的元素以及在固溶退火和时效状态下基体的组织。为使上述划分更为明确,请参考表1-8的细分与归纳。


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一、沉淀硬化不锈钢的焊接特性


 1. 马氏体沉淀硬化不锈钢


   这类钢在固溶退火温度(1038℃~1066℃)下几乎全部奥氏体化,但当冷却到室温时,则又发生奥氏体向马氏体的转变。马氏体转变温度一般是93℃~150℃.当将马氏体再次加热到482℃-593℃时,就有一种或多种合金元素出现沉淀硬化与强化。钼、铜、钛、铌、铝及其化合物在退火温度下完全溶解,而当快速冷却时,则留在固溶体内产生析出相(往往是亚显微粒子),提高了马氏体基体的硬度与强度。马氏体PH钢的化学成分必须严格控制,否则在固溶退火时会出现过多的δ-铁素体。若奥氏体太稳定,则又会在固溶退火之后,留下过多的奥氏体。这两种倾向皆会妨碍时效处理时的完全硬化,尤其是钢中的碳与氮影响明显,其来源是工厂尘埃与大气污染。这种钢的焊接性良好,与奥氏体300系列相近,焊前不必预热,裂纹倾向性小。这种钢单层焊时,焊缝金属及热影响区一般好像通过了焊后沉淀硬化处理一样。但多层焊时,则会出现组织不均一,必须进行焊后的沉淀硬化处理以达组织均一。焊接马氏体沉淀硬化不锈钢的焊接材料可以按强度选300系列奥氏体不锈钢焊接材料。


 2. 半奥氏体沉淀硬化不锈钢


  这种钢是PH钢中金相组织最为复杂的一种。在固溶处理或退火状态下,这种钢基本上是奥氏体,还有5%~20%的8-铁素体,而在以后的热处理过程中,铁素体保持不变。半奥氏体钢由退火温度急冷至室温仍然保持奥氏体组织,因为马氏体转变温度低于室温。在退火状态下,其成型性能与301不锈钢相似。在加工制作完毕之后,它可以通过3个简单步骤来硬化:①. 奥氏体化;②. 马氏体转变;③. 时效硬化。半奥氏体沉淀硬化不锈钢焊接时无明显的裂纹倾向。至于焊接工艺,不论手工电弧焊、熔化极与非熔化极气体保护焊以及电阻焊,都与一般奥氏体钢无太大区别。总的说来,半奥氏体PH钢一般皆在退火状态下进行焊接,而且母材含碳量低容易焊接,不会出现冷裂纹;只有当焊缝也要求有高强度时,才选用与母材成分接近的焊接材料焊接,并在焊后进行全面的退火与时效处理。除此以外,一般采用300系列奥氏体不锈钢焊接材料即可进行焊接。


 若在焊接之前焊件业已经过全面的退火与沉淀硬化热处理,则在焊后不论焊缝金属本身或热影响区,皆无明显硬化现象发生。


 3. 奥氏体沉淀硬化不锈钢


这种钢的合金含量极高,足以使之在退火或任何一种时效处理后仍然保持奥氏体组织。沉淀硬化相在1093℃~1121℃退火时,将解于固溶体中,并在快速冷却时一直保持溶解于固溶体之中。当再加热到649℃~760℃时,则沉淀析出,从而提高了奥氏体的强度与硬度。它的硬度低于马氏体或半奥氏体PH钢,但其仍然保持着无磁性。


二、沉淀硬化不锈钢的焊接方法与工艺


 沉淀硬化不锈钢的焊接方法与工艺,与前面所述的奥氏体不锈钢基本相同,所不同的仅在于焊后必须热处理,以达到预期的力学性能;而这对于奥氏体不锈钢来说,在有些情况下,焊后热处理有时是不必要的。


沉淀硬化不锈钢可以用相匹配的同材质焊接材料或异种焊接材料焊接,或者不用填充焊丝。沉淀硬化不锈钢焊接,有许多焊接材料可供选用,但唯一最通用的焊丝是业已纳人AWS规程的630合金,见表2-10。


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  沉淀硬化马氏体不锈钢的焊接材料,在要求焊缝性能与母材相当时,应选用与母材同质的焊材,如表2-10中17-4PH的配套焊接材料。如果不需要焊缝与母材相当,可选用奥氏体不锈钢焊接材料(如308L、347L),或采用镍基合金焊接材料。


 选用与母材同成分焊接材料的焊缝,在树枝状晶的马氏体组织中,存在有少量铁素体。少量的铁素体和残余奥氏体析出,增加了焊缝的塑性,但强度降低了。因此,对同材质焊接材料的成分应适当调整,其镍、锰应比母材略高,焊后经1040℃固溶处理,强度几乎不变,而延伸率显著提高。