冷热工艺 文童编号：１００７．６０３４（２０１４）０３－００１３—０２ ０２２ Ｃｒ１ ７ Ｎｉ １ ２ Ｍｏ２不锈钢焊接工艺研究 彭科伟，吴锋 （今创集团股份有限公司，江苏常州２１３１０２） 摘 要：针对高铁使用的牌号为Ｏ２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍ０２的耐点蚀不锈钢，结合其特性、舍夫勒相图、防腐 性要求，选用了匹配的焊丝和保护气体，对该不锈钢焊接工艺进行了研究、评定，确定了合适的焊 接工艺参数。试验结果表明，各项指标均合格，说明制定的工艺参数合理，满足了生产工艺要求。 关键词：０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２不锈钢；点蚀；舍夫勒相图；焊接 中图分类号：ＴＧ４５７．１１ 文献标识码：Ｂ １ 研发背景 ＭｏＯ 离子，吸附于表面活性点而阻止ｃｌ入侵，因 此具有比较优良的耐点蚀性能。０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２ 近期某公司生产的高铁用产品（污物箱，存放 和０６Ｃｒｌ９Ｎｉｌ０的具体化学成分如表１，机械性能如 垃圾）提出了高防腐性的要求，原采用的普通 表２。由表１可以看到，０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２属于超低 ０６Ｃｒｌ９Ｎｉｌ０不锈钢的耐点蚀性较差，需要更换为防 碳（ （Ｃ）≤０．０３％）不锈钢，该不锈钢具有优良的 点蚀性能更好的０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２不锈钢，并根据 抗晶间腐蚀的性能和耐点蚀性能。根据表１，可以 ＩＳＯ１５６１４—１进行焊接工艺评定，制定合理的焊接 计算出０６Ｃｒｌ９Ｎｉｌ０（用Ｐ／１表示）和０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２ 工艺。 （用胞表示）不锈钢的点蚀指数分别为： ２ Ｏ２２Ｃｒ１７Ｎｉｌ２Ｍ０２母材性能分析 ＰＩ１＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋（１３～１６）Ｎ＝１９．３～２１．６ Ｐ／２＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋（１３～１６）Ｎ＝２３．９—２９．５ 与常用的０６Ｃｒｌ９Ｎｉｌ０不锈钢相比， 可以看出０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２（ＰＩ２）的点蚀指数 ０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２添加了一定量的Ｍｏ元素，属于１８ 比０６Ｃｒｌ９Ｎｉｌ０（ＰＩ１）的点蚀指数大，说明 —８Ｍｏ型奥氏体不锈钢，Ｍｏ的主要作用在于形成 ０２２Ｃｒｌ７Ｎｉｌ２Ｍｏ２的耐点蚀性能比０６Ｃｒｌ９Ｎｉｌ０好。 表１母材化学成分 ％ 表２母材机械性能 焊丝应选用具有合适Ｃｒ和Ｎｉ当量的焊丝，使 之能满足在特定的服役介质条件下的防腐性要求。 奥氏体不锈钢的焊丝一般按照“同质焊接材料”原则 和“微超合金化焊接材料”来选择。据此，初步选用 Ｇ１９ １２ ３ＬＳｉ和ｗ１９ １２ ３ＬＳｉ焊丝，分别用于１３５和 ３焊丝的选择 １４１工艺焊接。１９ １２ ３ＬＳｉ焊丝化学成分见表３。 表３ １９ １２ ３ＬＳｉ焊丝的化学成分 ％ 由３表可以计算出焊丝的点蚀指数： 为确定选用的焊材和母材是否匹配，还需借助 ＰＩ＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋（１３～１６）Ｎ＝２６．２５～２９．９ 舍夫勒图进行分析，如图２所示。首先分别计算母 收稿日期：２０１３—０７—１２ 材和焊材的平均铬当量Ｃｒ 和平均镍当量Ｎｉ ： 作者简介：彭科伟（１９７９一），男，工程师，本科。 母材： ｌ３ 冷热工艺 Ｃｒ Ｃｒ＋Ｍｏ＋１・５Ｓｌ＋０・５Ｎｂ ２０・６２５ Ｎｉ ＝。Ｎｉ＋３０Ｃ＋０．５Ｍｎ＝１４．１５ 焊材： Ｃｒ 。＝Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ＋０．５Ｎｂ＝２３．１３８ Ｎｉ ＝。Ｎｉ＋３０Ｃ＋０．５Ｍｎ＝１４．７７５ 根据上述计算结果，确定了母材和焊材的当量 点ａ和ｂ。假设熔合比在３０％～５０％之间，由图２ 可知，焊缝金属组织处于＾ｙ奥氏体加少量８铁素体 （约５％左右）的双相组织。该 ＋８双相组织，由于 少量的８相存在，可以减小Ｃｒ、Ｍｏ的偏析，同时阻 止奥氏体晶粒长大，细化凝固组织，打乱枝晶方向， 增加晶界和亚晶界的面积，可以大幅度提高焊缝金 属的抗点蚀性和抗裂能力。 由以上点蚀指数和舍夫勒图可知，选用１９ １２ ３ＬＳｉ的焊丝焊接０２２ｃｒｌ７Ｎ订２Ｍｏ２不锈钢是合理 的 ａ：０２２Ｃｒｌ７Ｎｉ１２Ｍｏ２当量点 ｂ：１９ １２ ３ＬＳｉ当量点 ｃ：熔合比３０％焊缝金属平 均当量点 ｄ：熔合比５０％焊缝金属 平均当量点 图２ 确定焊缝组织的舍夫勒图 ４保护气体的选择 在不锈钢产品实际焊接生产中，综合考虑焊缝 质量、生产效率和经济效益，常使用１３５和１４１ ２种 焊接工艺。 对１４１焊接工艺，保护气体使用按ＩＳＯ １４１７５一 Ｉ１要求（Ａｒ纯度不小于９９．９９％）。 由于０２２Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２是超低碳不锈钢，碳含量 不大于０．０３％，为了减小１３５焊接过程中对接头防 腐蚀性能的影响，在考虑焊接填充金属的同时，也需 考虑保护气体对接头防腐蚀性的影响。在含ＣＯ， 的保护氛围下，存在着一系列的氧化还原反应： ２ ＣＯ２￣￣２Ｃ０＋０２ Ｃ０甘Ｏ＋Ｃ 在这一系列的反应中，会发生焊缝金属的增碳 现象，影响焊缝的抗晶间腐蚀能力，因此，保护气体 成分不宜含有ＣＯ 。同时，为了保证保护气体有一 定的氧化性，保证熔池的流动性，避免产生阴极漂移 现象，初步选择ＩＳＯ １４１７５标准中的Ｍ１３组别（Ａｒ＋ １４ 机车车辆工艺 第３期２０１４年６月 ０：）的混合气体，该气体还可以起到细化金属熔滴， 降低射流过渡的临界电流值的作用。为了确定保护 气体中，适用于实际焊接操作的Ｏ，含量，选用了３ 种不同Ｏ，含量（０．５％、１％、１．５％）的混合气体进 行焊接操作性试验。经试验发现，使用０，含量为 ０．５％的混合气体时，焊接过程中的阴极漂移现象较 明显；使用０ 为１％的混合气体时，操作性良好；使 用０：为１．５％的混合气体时，焊缝表面氧化较严 重，焊缝表面产生一层黑灰，接头质量下降明显。因 此，最终确定选用９９％Ａｒ＋１％０，的混合气体作为 保护气体。 ５焊接工艺评定 为了制定合理的焊接工艺参数，依据ＩＳＯ １５６１４ —１分别采用１３５和１４１焊接方法进行对接焊缝和 角焊缝的工艺评定，见表４。 表４焊接工艺评定项目 序号 …方法 形式 攀 ／板厚 ｍｍ 焊丝／～…“ 保护气体 Ｈ…ｒｒ 各工艺评定使用的焊接参数见表５。 试件焊接完成后，按照ＩＳＯ １５６１４—１的相关要 求对试件分别进行外观检查（ＶＴ）、渗透检测（ＰＴ）、 射线检测（ＲＴ）、拉伸、弯曲以及宏观金相检测。经 检测，各项指标均合格，说明制定的工艺参数合理， 同时取得了第三方机构出具的相关工艺评定报告， 满足了生产工艺要求。 表５ 工艺评定所用参数 ６ 结束结 通过对０２２Ｃｒ１７Ｎｉｌ２Ｍｏ２的成分和性能分析，并 选用了匹配的焊丝和保护气体，确定了合适的焊接 参数，并取得合格的工艺评定报告。填补了公司在 该材料焊接工艺上的空白，为后续新项目、新材料工 艺试验积累了经验。 ● （编辑：施翠燕）
