铁路货车用铁素体不锈钢焊接粗晶区组织对力学性能的影响

　　铁路货车用铁素体不锈钢的化学成分特点是：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。