高氮奥氏体不锈钢氩弧焊的重熔特征

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1、焊接!试验研究!H:B:I-JK7IL:-B高氮奥氏体不锈钢氩弧焊的重熔特征钢铁研究总院结构材料研究所（北京市!"###$"）!!杨!柏!彭!云!田志凌!夏明生廊坊恒宇工具有限公司（#%&###）!!郭庆泽摘要!焊接性是影响高氮奥氏体不锈钢（高氮钢）应用的一个重要因素。为了研究高氮钢的焊接特性，对此钢进行氩弧焊重熔试验，分析了熔融时间对焊缝特性的影响。试验结果表明，随着熔融时间的增加，焊缝中铁素体的含量增加。同时发现焊缝中存在热裂纹、气孔等焊接缺陷。低熔点硫化物共晶相是焊缝具有较强裂纹敏感性的主要原因。熔融时间显著影响焊缝中气孔的形成。关键词：!高氮钢!氩弧焊!组织!气孔!热裂

2、纹中图分类号：!"#$%&’((为高氮的性质，高氮钢熔化焊时可能会出现以下的问)!序!!言［&’*］题：!焊缝区氮的损失，氮损失主要通过氮气孔、高氮奥氏体不锈钢（高氮钢）是工程材料的一个重氮逸出（液相+气相的界面反应）以及氮化物等三种途要分支，它利用氮元素代替合金元素镍来获得奥氏体径；"焊缝凝固裂纹；#焊接热影响区氮化物、碳化物［"’(］组织。氮在高氮钢中主要以固溶态的形式存在，以及碳氮化物的析出。为了研究高氮钢焊接接头及其在不降低韧性的前提下显著提高了材料的强度，而且焊缝区中氮的行为，对高氮钢",-../0"&1进行了氩弧由于氮是强烈的奥氏体形成元素，降低铁素体和形变焊（2/

3、34）重熔试验，研究了不同熔融时间条件下焊马氏体形成能力，提高了钢的耐蚀性。因此，高氮钢具缝组织变化规律以及氮气孔、热裂纹的形成规律。有良好的强韧性和耐蚀性，在工程领域中有较好的应(!试验方法用前景。高氮钢能否更广泛地应用在一定程度上取决于焊试验材料为高氮奥氏体不锈钢",-../0"&1，其化［)］接加工后的接头性能。高的固溶氮含量是此种钢获学成分如表"所示。高氮钢组织主要为奥氏体，如图"得优良的力学性能和抗腐蚀性能的前提，但也正是因所示。表(!高氮钢化学成分（质量分数，*）,56/0,-1617589:#;"&#;&#");<%..;&*#;($#;&&#;#.%#;##"#

4、;##%)余量氩弧焊重熔过程中，电弧电压为""?，焊接电流为""#3，采用纯氩作为保护气体，气体流量为".@+A60，焊缝熔融时间!9分别为.B、(B、&B和*B。焊后，采用两种腐蚀方法：一种是采用,C58)和D,E溶液浸蚀试样；另一种是采用"#F的草酸溶液电解腐蚀试样。腐蚀后，利用光镜和扫描电镜观察焊缝组织。+!试验结果及讨论+’(!焊缝组织图"!高氮钢组织图.所示的是光镜下的焊缝组织（腐蚀剂为,CG58)和D,E溶液）。焊缝组织为奥氏体（图.中的黑色收稿日期：.##*=#(="$基金项目：国家重点基础研究计划（<*(）项目（.##),>%"<"#(）区域）和少量的铁素体（图

5、.中的白色区域）。随着()!""#年第$期./&/-012*-3/0&#试验研究#焊接熔融时间!!的增大，焊缝中铁素体含量增多。这是因低于熔池中氮的分压。这两个因素促使氮通过固液界为：一方面，熔融时间越长，熔池存在时间越长；另一方面从熔池进入电弧气氛中，因此焊接熔融时间越长，熔面，纯氩作为保护气体，保护气氛中氮的分压为零，远池损失的氮就越多。氮是强烈的奥氏体形成元素，所以熔融时间增大，氮的损失增多，奥氏体含量下降，铁素体含量上升。!"!#焊缝气孔性质在该试验条件下，所有焊缝均出现了氮气孔，如图$所示。随着熔融时间的增大，氮气孔尺寸增大，而气孔数量先增加然后减少。在液态铁中，温度

6、越高，氮的溶解度越低，因此由于溶解度的差异在熔池中会出［%］现一定数量的氮气泡。在凝固过程中，由于焊接冷却过程是一个快速的过程，这些氮气泡一部分逸出，一部分重新固溶于金属中，但仍会有一部分留在焊缝中形成氮气孔，所以本试验条件下所有焊缝均有氮气孔存在。尽管熔融时间对熔池的温度没有明显的影响，但其能够显著影响熔池的体积、形状以及熔池存在时间。众所周知，气孔的形成是一个形核和长大的过程。当熔融时间为"&时，熔池体积小而且存在时间短，气孔形成条件不充分，形成的气孔又来不及长大，因此焊缝中的氮气孔尺寸小，气孔数量也少；当熔融时间为’&时，气孔有充足时间长大，几个小气孔形成一个大气孔，同时

7、也有较长的时间逸出或重新固溶于金属中，因此焊缝中氮气孔的特征为尺寸较大、数量较少；当熔融时间为$&、(&时，气孔有适当的形核条件，但气孔逸出和氮重新固溶的时间并不充足，因此氮气孔的数量较多。图$#焊缝中的氮气孔!"$#热裂纹热裂纹是奥氏体不锈钢焊接中一个重要的问题，焊缝中产生热裂纹是由包含)、*等杂质元素的低熔点共晶相引起的。对于高氮钢，在其熔焊过程中，也具有［+］较为强烈的热裂纹敏感性。在该试验条件下，所有焊缝均出现了热裂纹。典型的热裂纹形态如图,-所图"#高氮钢焊缝组织示，裂纹优先分布于