在鉻系馬氏體不銹鋼中加入鎳、鉬降低碳含量,成為含鎳、鉬的馬氏體不銹鋼。這種鋼在不同溫度下產生不同數量的逆變奧氏體,但均能保持鉻系馬氏體的強度和硬度,同時又提高鋼的塑韌性,特別是其焊接性得到了根本改善。表2-8是低碳鉻鎳系馬氏體不銹鋼的化學成分。這類馬氏體不銹鋼除具有一定的耐蝕性外,還具有良好的抗汽蝕、耐磨損性能,在水輪機、大型水泵及核電站、油汽輸送管道中獲得廣泛使用。
鉻鎳系馬氏體不銹鋼因焊接性良好,通常均采用同質焊材,不需要預熱或僅需要低溫(150℃以下)預熱,但需進行焊后熱處理以保證焊縫及熱影響區逆變奧氏體,恢復其塑韌性。鉻鎳系馬氏體不銹鋼焊接材料見表2-8。
表2-9、表2-10是我國研制成功并在工程上使用的兩種低碳含鎳、鉬的馬氏體不銹鋼及其力學性能。
通過模擬焊接熱循環試驗研究了含Ni、Mo低碳馬氏體鋼的淬硬傾向。圖2-12是0Cr13Ni4Mo鋼熱模擬試驗曲線。圖2-13是用熱模擬試樣加工成沖擊試樣的試驗結果。由曲線1、2得知0Cr13Ni4Mo鋼因焊接加熱其沖擊韌性與母材(曲線4)相比有所降低,但仍處在較高水平,表明0Cr13Ni4Mo鋼受焊接熱作用的淬硬傾向不大。在約-40℃以下,沖擊韌性降低幅度雖然較大。但經過600℃x2h的回火處理,其韌性又恢復到接近母材的性能(曲線3)。
表2-11是0Cr14Ni6Mo鋼模擬焊接熱循環試樣的沖擊韌性和硬度與逆變奧氏體量的關系,結果表明馬氏體鋼焊態沖擊韌性的降低、硬度的提高與在焊接高溫下熱影響區中逆變奧氏體量的減少有關。焊后再進行600℃x2h熱處理,其逆變奧氏體量得以較好恢復,因此韌性提高,硬度降低。
由于加熱對含Ni、Mo低碳馬體鋼塑韌性及淬硬傾向的影響不太顯著,因此其抗裂性能也比較好。表2-12是0Cr14Ni6Mo鋼用巴頓剛性試驗和斜Y型剖口小鐵研試驗進行的裂紋敏感性試驗結果。可以看出,在預熱50℃,甚至不預熱的情況下,用兩種方法均未發現任何裂紋(包括熱裂紋及冷裂紋)。
綜上所述,Cr系馬氏體不銹鋼在降C、增加Ni、Mo合金元素以后,在回火狀態下,鋼中產生一定的逆變奧氏體相,焊接加熱時的晶粒長大趨勢受到抑制,降低了淬硬傾向,改善了塑韌性。同時由于逆變奧氏體的存在,提高了吸藏氫能力,降低了氫的擴散作用,使焊接冷裂紋的敏感性大大降低。這種鋼的另一特點是可以通過焊后熱處理恢復逆變奧氏體量,進一步改善焊接頭的性能,因而在大型焊接結構如水電、火電、核電等工程和壓力容器中有廣闊的應用前景。這類鋼各種厚度的板材均可焊接,即使特厚板電渣焊,也可以不預熱和焊后不需立即處理。