论文摘要
焊接是奥氏体不锈钢板及型材的重要加工手段。由于铬镍奥氏体不锈钢含有大量贵重镍元素,使铬镍不锈钢的成本不断增高。采用以氮代镍的高氮无镍奥氏体不锈钢可节约大量镍,且力学性能和耐蚀性能还优于铬镍奥氏体不锈钢,具有显著社会效益和经济效益。但研究表明,在这种钢的焊缝和热影响区容易出现氮损失现象,对接头的力学性能有不利影响,如何解决焊接接头氮损失及热影响区性能降低问题,保持这种不锈钢的力学性能特点,是焊接要研究的重要问题之一。本文采用设计的实心和药芯合金焊丝进行TIG焊试验,母材分别为热轧、固溶处理、冷轧变形及回复再结晶等状态的0Cr18Mn18N0.7高氮无镍奥氏体不锈钢薄板,研究了焊丝成分和焊接工艺对接头氮损失及接头组织与性能的影响。采用金相分析、扫描电镜（SEM）、XRD等测试设备对焊接接头进行了分析,并进行了显微硬度与拉伸强度测试。实验结果表明,所有接头组织结构主要为奥氏体相和少量6-铁素体与Cr2N化合物以及其它化合物相,熔合区晶粒为细小枝晶,熔合区至母材为等轴晶并在晶内分布大量孪晶；用母材成分制作的焊丝焊接的接头焊缝和熔合区存在较多的氮孔,而用设计的实心和药芯合金焊丝焊接的接头在焊缝和熔合区没有明显的氮孔；热轧状态的薄钢板经120A-150A电流TIG焊后,接头中没有明显的热影响区,当电流提高到180 A-200A后,接头中出现了小范围晶粒长大的热影响区；冷轧变形及回复再结晶状态钢板经120A电流TIG焊后,接头都出现了明显的热影响区,并与母材之间形成较宽的过渡区,过渡区中晶粒尺寸向母材方向逐渐减小,但最大晶粒尺寸仍明显小于热轧母材的晶粒尺寸；力学性能测试表明,合金焊丝焊接的接头显微硬度起伏较小、其硬度值平均为370HV,高于母材显微硬度,经拉伸强度测试,其断裂多发生于母材,说明接头强度高于母材；极化曲线测试表明,合金焊丝焊接接头的耐蚀性不低于母材的耐蚀性。研究表明设计的合金焊丝较好满足了高氮无镍奥氏体不锈钢TIG焊要求,焊接过程虽出现少量飞溅现象,但具有较好的焊缝成型性。研究认为,合金焊丝中添加一定量的Mo、Nb元素,能与焊丝和母材中的Cr、Mn元素形成较强的协同固氮作用,明显抑制了熔池与熔合区凝固中氮的析出；固溶氮产生的晶格畸变和晶界析出的钉扎氮化物能有效阻止晶界运动,使热影响区晶粒长大困难；焊丝中添加的Mo、Nb元素,使焊缝及熔合区固溶强化和细晶强化增强,并且抗点蚀与抗晶间腐蚀能力增强,使接头强度与硬度及抗腐蚀性都好于母材。