在铬系马氏体不锈钢中加入镍、钼降低碳含量,成为含镍、钼的马氏体不锈钢。这种钢在不同温度下产生不同数量的逆变奥氏体,但均能保持铬系马氏体的强度和硬度,同时又提高钢的塑韧性,特别是其焊接性得到了根本改善。表2-8是低碳铬镍系马氏体不锈钢的化学成分。这类马氏体不锈钢除具有一定的耐蚀性外,还具有良好的抗汽蚀、耐磨损性能,在水轮机、大型水泵及核电站、油汽输送管道中获得广泛使用。
铬镍系马氏体不锈钢因焊接性良好,通常均采用同质焊材,不需要预热或仅需要低温(150℃以下)预热,但需进行焊后热处理以保证焊缝及热影响区逆变奥氏体,恢复其塑韧性。铬镍系马氏体不锈钢焊接材料见表2-8。
表2-9、表2-10是我国研制成功并在工程上使用的两种低碳含镍、钼的马氏体不锈钢及其力学性能。
通过模拟焊接热循环试验研究了含Ni、Mo低碳马氏体钢的淬硬倾向。图2-12是0Cr13Ni4Mo钢热模拟试验曲线。图2-13是用热模拟试样加工成冲击试样的试验结果。由曲线1、2得知0Cr13Ni4Mo钢因焊接加热其冲击韧性与母材(曲线4)相比有所降低,但仍处在较高水平,表明0Cr13Ni4Mo钢受焊接热作用的淬硬倾向不大。在约-40℃以下,冲击韧性降低幅度虽然较大。但经过600℃x2h的回火处理,其韧性又恢复到接近母材的性能(曲线3)。
表2-11是0Cr14Ni6Mo钢模拟焊接热循环试样的冲击韧性和硬度与逆变奥氏体量的关系,结果表明马氏体钢焊态冲击韧性的降低、硬度的提高与在焊接高温下热影响区中逆变奥氏体量的减少有关。焊后再进行600℃x2h热处理,其逆变奥氏体量得以较好恢复,因此韧性提高,硬度降低。
由于加热对含Ni、Mo低碳马体钢塑韧性及淬硬倾向的影响不太显著,因此其抗裂性能也比较好。表2-12是0Cr14Ni6Mo钢用巴顿刚性试验和斜Y型剖口小铁研试验进行的裂纹敏感性试验结果。可以看出,在预热50℃,甚至不预热的情况下,用两种方法均未发现任何裂纹(包括热裂纹及冷裂纹)。
综上所述,Cr系马氏体不锈钢在降C、增加Ni、Mo合金元素以后,在回火状态下,钢中产生一定的逆变奥氏体相,焊接加热时的晶粒长大趋势受到抑制,降低了淬硬倾向,改善了塑韧性。同时由于逆变奥氏体的存在,提高了吸藏氢能力,降低了氢的扩散作用,使焊接冷裂纹的敏感性大大降低。这种钢的另一特点是可以通过焊后热处理恢复逆变奥氏体量,进一步改善焊接头的性能,因而在大型焊接结构如水电、火电、核电等工程和压力容器中有广阔的应用前景。这类钢各种厚度的板材均可焊接,即使特厚板电渣焊,也可以不预热和焊后不需立即处理。