铁路货车用铁素体不锈钢的化学成分特点

C含量≤0.03%,Cr含量10.5%~12.5%,Ni含量0.3%~1.0%(均为质量分数)。焊接粗晶区(CGHAZ)马氏体量与铁素体不锈钢C含量关系密切,C含量增加,则马氏体也会大量增加。另外,马氏体量还与铁素体不锈钢的冷却速度有很大关系,冷却速度越快,获得的马氏体量越高。对于该钢种焊接来说,为了防止CGHAZ的晶粒长大,一般采用较小的焊接热输入。这样焊接过热区的冷却速度相对较快,得到的马氏体量也相对较高。在低合金钢范畴,焊接热影响区若存在马氏体组织一般被认为是有害的,应当避免产生。为防止焊接出现马氏体组织或裂纹,通常采用对待焊部位进行预热。国际焊接学会和美国焊接学会提出专门的碳当量计算公式,按低合金钢成分计算出钢的碳当量,进而确定焊接预热温度,避免马氏体组织的产生。铁素体不锈钢的焊接过热区存在一定量的马氏体,但形态和形成条件与低合金钢比较存在较大差异。有关铁素体不锈钢焊接性研究目前所见报道较少,为此,本文是对几种不同成分的铁路货车用不锈钢进行焊接性能试验,针对其CGHAZ存在的金属显微组织形态、晶粒特点等进行了研究和分析,并进行了相应的力学性能试验。
  实验用不锈钢的化学成分为:TCS345的化学成分(质量分数,%):0.012C,0.51Si,1.09Mn,0.010Ti;4003的化学成分(质量分数,%):0.027C,0.56Si,1.70Mn,0.26Ti。两者C和Ti的含量差异较大,后者的C和Ti含量明显高于前者,其中,4003不锈钢的C是TCS不锈钢的2倍以上。试验方法为对接焊,板厚为6mm,开60°V型坡口,钝边1.5~2mm。焊接材料采用奥氏体不锈钢实心焊丝,保护气体采用97.5%Ar+2.5%CO2,焊接电压24V,焊接电流190A~220A,焊接速度490~510mm/min,热输入~6.6kJ/cm。
在铁路货车用铁素体不锈钢范畴,C含量增加直接导致CGHAZ马氏体量增加。铁路货车用铁素体不锈钢CGHAZ马氏体与普通低合金钢相比有较大区别。首先,铁素体不锈钢CGHAZ马氏体硬度较低,只有350HV左右;另外,对焊接接头的韧性影响也相对较小。影响铁路货车用铁素体不锈钢CGHAZ韧性和接头整体疲劳强度的主导因素是晶粒度。C含量较高时晶粒度较高,虽然马氏体量增加,但负面影响有限,因此,晶粒较细,韧性和疲劳强度提高。
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