穆鐘濤 馬煥新

（恒天重工股份有限公司，河南鄭州 450053）

409409L L鐵素體不銹鋼的焊接技術(shù)

穆鐘濤 馬煥新

（恒天重工股份有限公司，河南鄭州 450053）

通過對(duì)409L鐵素體不銹鋼手工鎢極氬弧焊焊接試驗(yàn)分析，確定409L材料焊接性能和焊接工藝方案。試驗(yàn)結(jié)果表明，409L適用于手工鎢極氬弧焊焊接，且在滿足設(shè)計(jì)條件下，409L材料可替代部分產(chǎn)品中奧氏體不銹鋼材料，從而降低產(chǎn)品成本。

409L鐵素體不銹鋼；手工鎢極氬弧焊；焊接工藝試驗(yàn)；焊接性能

近年來(lái)409L鐵素體不銹鋼以其低廉的價(jià)格和一定的耐腐蝕性能，逐步得到更加廣泛的應(yīng)用。目前，我公司新開發(fā)的烘干設(shè)備采用了這種材料，為了更好地進(jìn)行推廣應(yīng)用，我們對(duì)409L材料的焊接性能和焊接接頭的耐蝕性進(jìn)行了工藝試驗(yàn)。

1 鐵素體不銹鋼概述

鐵素體不銹鋼經(jīng)過不斷的研制和發(fā)展，現(xiàn)已具有三代不同性能的系列產(chǎn)品。第一代材料完全依靠Cr（16%～18%）作為鐵素體穩(wěn)定元素，材料含碳（≤0.12%）偏高，因此在焊接之后若不進(jìn)行熱處理，必然會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕，而且第一代鐵素體不銹鋼焊接接頭韌性偏低，其代表鋼號(hào)為1Cr17；第二代材料以409材料為代表，它們?cè)诮档虲含量的同時(shí)，也相應(yīng)地減少了Cr含量，并加入了強(qiáng)烈鐵素體形成元素（409材料中加入鐵素體形成元素——Ti），第二代鐵素體不銹鋼在韌性方面與第一代相差不大，但在工藝性能、耐腐蝕性以及成本上，都比上一代具有優(yōu)勢(shì)；第三代鐵素體不銹鋼，則從改進(jìn)材料冶煉方法入手，生產(chǎn)出超低C、N含量的超純鐵素體不銹鋼，其代表材料為409L（日本）。鋼在降低C、N（≤0.015%）元素含量的同時(shí)，加大Cr（20%～23%）的含量，并在材料中加入強(qiáng)碳化物形成元素Ti（0.24%～0.8%）等，材料在焊后不進(jìn)行熱處理的情況下，焊接接頭也不會(huì)有晶間腐蝕發(fā)生。超純鐵素體不銹鋼相比前兩代材料的韌性大幅提高，對(duì)均勻腐蝕、點(diǎn)狀腐蝕有良好的抵抗能力，材料的抗腐蝕能力基本與奧氏體不銹鋼304相當(dāng)。

409 L材料屬第三代鐵素體不銹鋼，其在409材料的基礎(chǔ)上保持Cr（10%～11%）含量基本不變的同時(shí)，降低C元素含量，由原來(lái)的0.08%減少到0.03%，不僅保證了材料形成鐵素體組織的能力，而且材料的耐蝕性和韌性也得到相應(yīng)地提高。

2 409L材料化學(xué)成分及機(jī)械性能

409 L與GB/T3280-2007標(biāo)準(zhǔn)的022Cr11Ti材料相當(dāng)，其化學(xué)成分和機(jī)械性能分別見表1和表2。

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

表2 經(jīng)退火處理的力學(xué)性能

3 試驗(yàn)方案

3.1 焊絲選擇

鐵素體不銹鋼焊接時(shí)，焊材選擇上有兩種方案：①選焊材組織為鐵素體，化學(xué)成分與被焊金屬化學(xué)成分相當(dāng)。焊接409L材料時(shí)，焊絲選擇H08Cr11Ti或H08Cr11Nb，但選用鐵素體焊材時(shí)焊縫金屬晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重，塑性較差；②選擇奧氏體不銹鋼焊絲進(jìn)行焊接，常用ER308L、ER309L，這類焊絲在焊縫中形成奧氏體組織，焊縫金屬?gòu)?qiáng)度好，塑性得到一定的改善［1］。本次選用奧氏體不銹鋼焊絲ER308L、ER309L進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

3.2 材料

以2mm厚的409L板作為焊接試板。

3.3 焊接方法

根據(jù)板厚情況本次選用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

首先對(duì)焊接試板進(jìn)行X光射線無(wú)損檢測(cè)，試板合格后按標(biāo)準(zhǔn)要求制成拉伸、彎曲試樣進(jìn)行機(jī)械性能檢測(cè)，各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)值如表3，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析如下。

表3 機(jī)械性能檢測(cè)

4.1 拉伸試驗(yàn)

三組焊接試驗(yàn)拉伸試樣如圖1，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度基本上在材料的抗拉強(qiáng)度值之下，而且斷裂位置均在母材上。1#試樣為氬弧焊不加焊絲，焊縫由409L母材熔化形成，斷裂在焊縫中也可視為是母材；2#、3#試樣，由于ER308L、ER309L焊絲的熔敷金屬抗拉值均大于600Mpa，焊接熱影響區(qū)的母材在焊接熱循環(huán)的作用下發(fā)生了較為不利的組織變化，晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大、粗化，減少了晶粒間的結(jié)合力，從而導(dǎo)致焊接接頭力學(xué)性能下降，因此拉伸斷裂位置均在母材受熱最嚴(yán)重的地方發(fā)生［2］。

圖1

4.2 彎曲試驗(yàn)

在彎曲試驗(yàn)中可以看出1#試樣焊縫金屬的晶粒度非常粗大，在彎曲試樣拉伸面可以清晰地看到焊縫由嚴(yán)重長(zhǎng)大的柱狀晶粒組成（如圖2）；2#、3#彎曲試驗(yàn)時(shí)，由于焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度值較高，因此在彎曲時(shí)試樣中心位置發(fā)生了偏移，偏移到焊接接頭中強(qiáng)度較低的地方——熱影響區(qū)的母材，試樣拉伸面未看到如1#試樣中的晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大的現(xiàn)象［3］（如圖3）。

圖2

圖3

圖4

4.3 晶間腐蝕試驗(yàn)

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4334.5-2000《不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，三組試樣均發(fā)生了嚴(yán)重的晶間腐蝕現(xiàn)象，如圖4。各組試樣分別在腐蝕最嚴(yán)重的地方吸附大量銅元素。1#試樣可以看出在焊縫金屬上吸附較多的銅，2#、3#試樣在焊縫熱影響區(qū)的熔合線附近吸附大量銅。

4.4 耐大氣腐蝕試驗(yàn)

我們將一件經(jīng)拋光的試樣和一件未拋光的試樣放置在自然環(huán)境中，經(jīng)過10d的雨淋、日曬，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)拋光的試樣未見腐蝕現(xiàn)象，而未拋光的試樣有輕微的腐蝕。

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 409 L適用手工鎢極氬弧焊焊接，焊接時(shí)除了正確選用焊接材料外，應(yīng)重點(diǎn)注意焊接線能量的控制，抑制焊接區(qū)鐵素體晶粒過分長(zhǎng)大。

5.2 409 L焊接時(shí)不同的焊絲焊接將呈現(xiàn)不同的性能，不加焊絲時(shí)，焊縫晶粒粗大，塑性較差，加入奧氏體焊絲，可適當(dāng)提高焊接接頭的塑性和強(qiáng)度。

5.3 409 L焊接后不作熱處理的情況下均發(fā)生嚴(yán)重的晶間腐蝕現(xiàn)象，因此409L材料產(chǎn)品的焊接接頭不適用在有腐蝕環(huán)境的場(chǎng)所。

5.4 409 L材料及焊接接頭能經(jīng)得起自然環(huán)境中的大氣腐蝕。

5.5 409 L材料焊接過程中母材不可避免在焊接熱循環(huán)的作用下而出現(xiàn)組織晶粒粗大、塑性降低的現(xiàn)象，因此409L工件焊接后盡量避免在焊縫及熱影響區(qū)折彎，如需折彎應(yīng)盡量選用尖角R較大的上模。

［1］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第2卷）［M］.北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社出版，2001.

［2］承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定［S］.NB/T47014，2011.

［3］曾樂.現(xiàn)代焊接技術(shù)手冊(cè)［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社出版，1995.

W elding Technology of 409L Ferritic Stainless Steel

Mu Zhongtao Ma Huanxin
Hi-Tech Heavy Industry Co.,Ltd.Zhengzhou Henan 450053)

The welding performance and welding technological scheme of the 409L material were determined by the experimental analysis of the manual argon arc welding of 409L ferritic stainless steel.The experimental results showed that 409L material can be applied in manual argon arc welding,and when the design conditions were satisfied，409L material can replace the austenitic stainless steelmaterial in some products，thus reducing the product cost.

409L ferritic stainless steel，manual argon arc welding，welding process test，welding performance

TG401

：A

：1003-5168（2015）03-0061-3

2015-2-24

穆鐘濤（1979.5-），男，本科，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。