对于用同质焊接材料焊接马氏体不锈钢管时,预热是防止冷裂纹的重要措施,钢的淬硬性愈大,焊接接头的拘束度也愈大,则预热温度应选高些,一般为160~320℃。多层焊时仍需保持道间温度,焊后还要进行热处理。


  不论采用焊条电弧焊、熔化极气体保护焊还是埋弧焊等焊接方法,焊前均需预热,预热温度与钢中碳含量有关,详见表6-1。马氏体不锈钢管焊后需要热处理,焊后热处理的作用是消除或降低残余应力,降低焊缝金属与热影响区的硬度,改善焊接接头的韧性,同时减少焊接残余应力。对于刚度小的焊接构件,焊后可以在冷至室温后再热处理。对于大厚度的焊接件,特别是钢材中含碳量较高时,需要采用复杂的热处理工艺。



一、预热温度的选择


  焊接马氏体不锈钢管时,若选用与母材金属成分相同的焊接材料时,为了防止焊接接头形成冷裂纹,焊前必须预热。预热温度一般在200~320℃,且最好不要高于该钢号的马氏体开始转变温度。


  预热温度的选择与材料厚度、填充金属种类、焊接方法和构件的拘束程度有关。其中与钢的碳含量关系最大;当碳的质量分数小于0.1%时,预热温度可小于200℃;当碳的质量分数为0.1%~0.2%时,预热温度为200~250℃;当碳的质量分数大于0.2%时,除预热温度要适当提高外,还必须考虑保证多层焊时的道间温度。


  马氏体型不锈钢的预热温度不宜过高,否则将使奥氏体晶粒粗大,并且随冷却速度降低,还会形成粗大铁素体加晶界碳化物组织,使焊接接头塑性和强度均有所下降。



二、焊后回火热处理和后热处理


  在淬火+回火即调质状态下进行焊接的焊件焊后热处理采用回火处理。焊后热处理(回火处理)前对焊件温度有严格的要求,焊件焊后不可随意从焊接温度直接升温进行回火热处理。这是因为在焊接过程中形成的奥氏体尚未完全转变成马氏体,其未分解的奥氏体在立即升温到回火热处理温度的过程中,会发生珠光体转变,或者碳化物沿奥氏体晶界沉淀,产生粗大铁素体加碳化物组织,从而严重地降低焊接接头的韧性,也影响强度,可能造成焊接接头的脆断,且降低耐蚀能力。如果焊接接头焊后空冷到室温后再进行热处理,则马氏体不锈耐热钢会出现空气淬硬倾向,造成常温塑性降低,并且在常温下残留的奥氏体将继续转变为马氏体组织,使焊接接头变得又硬又脆,组织应力也随之增大;若再加上扩散氢的聚集,焊接接头就有可能产生冷裂纹。正确的方法是:回火前使焊件适当冷却,让焊缝和热影响区的奥氏体基本分解为马氏体组织。


  对于刚度大的焊接构件,特别是碳含量较高时,需要进行准确的后热处理:焊接区空冷至100~150℃,立即在此温度保温1~2h。其目的有两个:一是让奥氏体充分分解为马氏体,又不至于立即过分脆化;二是使焊缝中氢向外扩散,起到消氢作用。然后加热至回火温度,适当保温,使马氏体充分回火,得到理想的回火组织。


  回火温度一般选在650~750℃,至少保温1h后空冷。或者按每30mm厚的焊缝保温1h,随后空冷。有关焊后热处理回火温度对12Cr13(1Cr13)和20Cr13(2Cr13)钢焊接热影响区脆性的影响见表6-2。对于刚度小的焊接构件,焊后可冷至室温后再进行回火热处理。


  对于焊后需要机械加工的构件,为了得到最低硬度,必须采用高温退火,退火温度为830~880℃,保温2h后随炉冷至650℃,然后空冷。



三、调质热处理


  高铬马氏体不锈钢管一般在淬火+回火的调质状态下进行焊接,焊后经高温回火处理,使焊接接头具有良好的力学性能。如果钢材在退火状态下焊接,会出现不均匀的马氏体组织,因此,整个焊接构件焊后还需进行调质处理,使焊接接头具有均匀的性能。






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