1.4003不锈钢和0Cr18Ni9不锈钢焊接接头的组织和力学性能

目前，经济型铁素体不锈钢以其优良的性能和经济的价格作为阀体材料受到越来越多的关注。 1.4003不锈钢（欧洲标准EN10088）是1995年在德国以3Cr12为基础开发的超低碳、低铬经济型铁素体不锈钢。钢材具有中等抗腐蚀性、中等强度、良好的耐磨性和较低的维护成本，已广泛应用于交通运输、框架结构、制糖、石油化工和采矿等各个行业。

本文通过焊接工艺试验、拉伸、弯曲、冲击等力学性能试验和显微分析，研究了1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的组织和力学性能。钢铁生产应用提供了理论基础。

1 试验材料和方法

1.1 材料准备与焊接

试验材料为欧标EN10088——-1.4003铁素体不锈钢和GB/T1220-1992——-0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，两种钢的化学成分见表1，力学性能见表2。 MIG/GMA焊接，焊接材料为ER308-L（AWS标准）奥氏体不锈钢丝，保护气体为Ar+(O2) 3%。对接焊试板开60V型坡口，1.4003铁素体不锈钢试板尺寸为200mm100mm8mm，0Cr18Ni9试板尺寸为200mm100mm6mm。

1.2 测试方法

1.2.1 机械性能测试

焊缝接头试验材料沿垂直于焊缝的《焊接接头拉伸试验方法》方向取样，拉伸试验按GB/T2651-1989进行，弯曲试验按GB/T2653-1989进行，弯曲试验进行按GB/T2653-1989执行。维氏硬度试验于1999年按GB/T4340进行，冲击试验采用55mm10mm5mm的V型缺口试样，缺口开在距焊缝、热影响区和母材1.5mm处，分别。测试温度为室温、-20 和-40 C。 1.2.2 显微组织和断口形貌分析采用BX51M金属显微镜和JSM-6460LV扫描电镜观察和分析焊接接头的显微组织和冲击试验断口。

2 测试结果、分析与讨论

2.1 拉伸试验结果与分析

表4为1.4003铁素体不锈钢和0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头拉伸试验结果。从表4可以看出，焊接接头的抗拉强度与母材相当，延伸率也接近于1.4003铁素体不锈钢母材。

2.2 弯曲试验结果及解释

1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头弯曲试验结果见表5。从表中可以看出，焊接接头前弯和后弯的弯曲角度均为180，焊接接头的弯曲性能良好。

2.3 冲击试验结果及分析

1.4003铁素体不锈钢和0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头在室温、-20和-40下的冲击试验结果见表6。试验结果表明，焊缝、1.4003不锈钢侧热影响区、0Cr18Ni9不锈钢侧热影响区、0Cr18Ni9不锈钢母材在室温、-20和-40下的吸震能量均保持在较高水平.在相同温度下，焊缝的平均减震能量略低于双面母材，0Cr18Ni9不锈钢面的HAZ减震能量与1.4003铁素体不锈钢相同。基础材料。 1.4003铁素体不锈钢侧的HAZ冲击吸收能量低，是整个焊缝的弱环，随着温度的降低，冲击吸收能量显着下降。

图1 显示了1.4003 铁素体不锈钢和0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢之间的焊接接头在-40 C 冲击试验中的断裂模式。从图中可以看出，焊缝的冲击断裂形式，0Cr18Ni9侧HAZ，1.4003母材和0Cr18Ni9母材基本都是凹坑，所以吸震能量较高，韧性好。 1.4003不锈钢侧面HAZ的冲击断裂形式为粗解理，粗晶是冲击吸收能下降的主要原因。

2.4 硬度测试结果与分析

图2为1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头硬度分布曲线。可以看出，1.4003铁素体不锈钢的平均硬度为HV189，0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的平均硬度为HV180。 1.4003铁素体不锈钢熔合线附近的硬度值波动较大，最小值HV167，最大值HV215，焊缝平均硬度HV198，高于两种母材。

2.5 金相分析

图3为1.4003铁素体不锈钢和0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的焊缝、热影响区和金相组织。焊缝组织为白色奥氏体基体+网状铁素体，焊缝含有7%8%的铁素体，从熔体比和舍弗勒相图可以看出。奥氏体不锈钢焊缝中会形成5%10%的铁素体，以防止热裂。图3b 显示了0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢侧面的HAZ 显微组织，左侧为焊缝，右侧为热影响区。从图中可以看出，焊缝组织和母材组织都是奥氏体，所以混合在一起，对焊缝没有一定的限制。图3c为1.4003铁素体不锈钢侧HAZ，左侧为奥氏体焊缝区，右侧为铁素体热影响区，熔线边界为1.4003侧HAZ过热区铁素体不锈钢侧，粒度达到1-2级，宽约0.48mm。可以看出，焊接热循环使铁素体晶粒长大，过热区宽度较小，但对1.4003铁素体不锈钢侧面HAZ的低温冲击韧性有严重影响. 1.4003铁素体不锈钢的母材组织以铁素体为主，晶粒度为7-8。 0Cr18Ni9奥氏体不锈钢母材为双晶奥氏体晶粒，其上有沿加工变形方向分布的铁素体黑色条纹。

3 结论

(1) 1.4003铁素体不锈钢和0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的抗拉性能与母材相当，接头弯曲性能好，接头冲击性能在1.4003的HAZ铁素体不锈钢侧最坏情况温度随着它的下降，这部分的减震作用大大降低。

(2) 1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊缝平均硬度在HV160200之间，焊缝平均硬度高于母材.双面，1.4003不锈钢侧熔线附近的硬度曲线波动较大，0Cr18Ni9不锈钢侧熔线附近的硬度曲线较为平坦。

(3) 1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接，焊缝为奥氏体+(7%~8%)铁素体双结构，1.4003铁素体不锈钢侧HAZ过热区晶粒清晰可见生长和单身的。焊接铁素体结构会导致塑性和韧性降低时，必须使用较小的焊接工艺参数。