馬氏體不銹鋼12Cr13(或美國品牌號AISI410)由于其強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、加工性能好、材料成本低，廣泛應(yīng)用于石油和天然氣設(shè)備。鋼的化學(xué)成分直接影響鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而影響鋼的機(jī)械性能。

12Cr13馬氏體不銹鋼的焊接問題

12Cr13馬氏體不銹鋼在焊接過程中會體現(xiàn)出一定的特性，這與不銹鋼的焊接質(zhì)量有關(guān)。從常溫組織在焊縫和熱影響區(qū)的表現(xiàn)來看，12Cr13不銹鋼是一種馬氏體組織，具有硬脆性、導(dǎo)熱性差、焊接殘余應(yīng)力大的特點。焊接接頭剛度大或焊接過程中氫含量高，容易引起氫裂紋。焊接后，直接從高溫冷卻至100℃下面，它也很容易導(dǎo)致裂縫。通過對焊接過程中的相變的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，熱影響區(qū)域的金屬和熔化池金屬加熱到奧氏體相區(qū)域，焊接后從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。隨著金屬的凝固，鐵素體，即馬氏體的焊接組織。

熱軋后，馬氏體和鐵素體區(qū)域可以沿著軋制方向均勻有序地排列。應(yīng)力可以均勻分布，不受厚度方向拉力的影響。然而，焊縫中的鐵素體具有分布混亂的特征，表面應(yīng)力導(dǎo)致應(yīng)力集中在某一區(qū)域，導(dǎo)致低應(yīng)變斷裂。此外，12Cr13馬氏體不銹鋼焊接性能差的影響，在不銹鋼焊接冷卻過程中，隨著碳熔化能力的迅速惡化和體積的不斷變化，導(dǎo)致不銹鋼塑性降低，硬度增加，硬化問題。12Cr13馬氏體不銹鋼存在的焊接問題，也要實現(xiàn)不銹鋼焊接工藝的改進(jìn)，使不銹鋼的質(zhì)量得到有效的控制。

直徑4可用于焊接工藝試驗.7m，厚度10mm的圓筒形12Cr13馬氏體不銹鋼樣品，其C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%，Cr11.78%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Si，P，S，Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%、0.69%、0.0.0.、0.5%、0..O7%。從力學(xué)性能的角度來看，試樣屈服強(qiáng)度≥2.25MPa，抗拉強(qiáng)度≥440MPa，伸長率則≥硬度試驗結(jié)果為20%HB≤200，HRB≤93，HV≤210，180°彎芯直徑是鋼板厚度的2倍。

由于Cr含量較高，12Cr13馬氏體不銹鋼的程度大大提高，因此焊接容易導(dǎo)致馬氏體組織的焊接位置，導(dǎo)致接頭冷裂紋更加敏感。因此，在焊接前，還應(yīng)加強(qiáng)預(yù)熱，以實現(xiàn)冷裂紋的有效預(yù)防。對于馬氏體不銹鋼，應(yīng)控制預(yù)熱溫度。馬氏體不銹鋼的C含量不超過O.在06%的情況下，預(yù)熱溫度和層間溫度是無法控制的。然而，C的含量在0.06%-0.30%之間要求預(yù)熱溫度不超過馬氏體相變的初始溫度，高于馬氏體相變的最終溫度。不銹鋼焊接的安全溫度為120℃，因此應(yīng)確保預(yù)熱溫度大于這個值。

在此范圍內(nèi)，還應(yīng)適當(dāng)提高預(yù)熱溫度，以利用更高的能量來降低冷卻速度。層間溫度通常高于預(yù)熱溫度，需要與預(yù)熱溫度值相結(jié)合來確定。實際焊接，由于12Cr13馬氏體不銹鋼的相變初始溫度和最終溫度分別為330℃和100℃所以應(yīng)該選擇26左右，所以O(shè)-330℃預(yù)熱溫度和層間溫度范圍。

在12Cr在13馬氏體不銹鋼的焊接過程中，應(yīng)采用焊條電弧焊，加強(qiáng)電弧壓力控制，做好底層和覆蓋層的焊接工作。對于馬氏體不銹鋼，增加電弧電壓會增加電弧功率，增加工件的熱量輸入。同時，隨著電弧長度的延長和分布半徑的增加，雖然可以降低熔深，但會導(dǎo)致熔寬的增加。為了加強(qiáng)馬氏體熔融控制，需要加強(qiáng)電弧電壓控制，避免電壓過大，可控制在27V以下。

在此基礎(chǔ)上，需要對底層進(jìn)行焊接，使焊絲在熔池中連續(xù)過渡，通過降低電弧電壓來避免“正壓"為了避免接頭位置的斷開或凹問題43。焊接蓋面時，應(yīng)加強(qiáng)層間溫度控制，使焊槍均勻擺動。從焊接參數(shù)來看，焊接底層時需要將電流控制在90-100A并將焊接速度控制在8-10cm/min之間﹔電流應(yīng)控制在120-150的焊接蓋面上A并將焊接速度控制在10-12cm/min兩者之間；當(dāng)焊接密封底層時，需要將電流控制在90-100A并將焊接速度控制在8-10cm/min之間。

在對12Cr13馬氏體不銹鋼焊接時，為了確保焊縫具有與母材相匹配的力學(xué)性能，將使用與母材相同的馬氏體不銹鋼焊條進(jìn)行焊接。在馬氏體相變的過程中，馬氏體+鐵素體組織會出現(xiàn)在焊縫中，具有硬脆性的特點，容易導(dǎo)致冷裂紋的出現(xiàn)。為了避免這個問題，有必要加強(qiáng)焊接后的熱處理。即使不銹鋼中的碳含量不超過0.1%，也會導(dǎo)致焊縫硬度高。結(jié)合這一特性，有必要加強(qiáng)對馬氏體組織的回火和熱處理，以放松殘余應(yīng)力。按照以的工藝，焊接后會立即加熱回火，導(dǎo)致碳化物沿奧氏體晶界沉淀，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，導(dǎo)致產(chǎn)生粗粒。

因此，需要在焊接后進(jìn)行冷卻，以確保奧氏體*分解。然而，焊接后的冷卻溫度不應(yīng)太低，以避免產(chǎn)生沒有回火的馬氏體。為此，焊接件應(yīng)不少于230個℃在條件下進(jìn)行熱處理。如果熱處理溫度低于6000，則采用回火處理?！?，降低硬度達(dá)到降低硬度的效果。通過提高溫度，可以縮短熱處理時間，更好地降低焊縫硬度。在熱處理中，需要使用650-750℃回火溫度，保存1個焊件h。如果焊后熱處理合理，可使12Cr進(jìn)一步提高了馬氏體不銹鋼的焊接質(zhì)量。

確定優(yōu)化12Cr13馬氏體不銹鋼焊接工藝效果，根據(jù)上述工藝完成三個試驗件焊接，根據(jù)鋼壓容器焊接工藝評價標(biāo)準(zhǔn)檢查焊接接頭，并根據(jù)壓力設(shè)備無損檢測線檢測標(biāo)準(zhǔn)確定焊接質(zhì)量，最后進(jìn)行力學(xué)性能試驗，確定焊接性能。

12Cr13鋼的基本要素是Fe，主要元素有Cr.C.Si，Mn，Ni，P，S國家標(biāo)準(zhǔn)要求的化學(xué)成分和性能范圍如下：

從試驗結(jié)果來看，如表1所示，通過了12Cr13馬氏體不銹鋼焊接工藝改進(jìn)，可獲得機(jī)械性能良好的焊接件，以滿足不銹鋼產(chǎn)品的工藝生產(chǎn)要求。焊接接頭無任何缺陷，內(nèi)部質(zhì)量、強(qiáng)度、塑性和韌性良好，可滿足產(chǎn)品使用要求，可采用12種工藝Cr13馬氏體不銹鋼焊接。

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，12Cr13馬氏體不銹鋼焊接容易出現(xiàn)冷裂紋等質(zhì)量問題，不能滿足產(chǎn)品設(shè)計和使用的要求。為了解決這些問題，通過提高焊接工藝參數(shù)，即通過加強(qiáng)預(yù)熱溫度、電弧電壓和焊接后熱處理溫度的控制，以獲得具有良好抗裂性的相變組織。從試驗結(jié)果來看，該工藝可以更好地控制焊接質(zhì)量，然后更好地滿足12Cr13馬氏體不銹鋼焊接生產(chǎn)要求。