1.4003不锈钢与0Cr18Ni9不锈钢焊接接头组织和力学性能
目前，经济型铁素体不锈钢以其良好的性能和经济的价格，作为车体材料越来越受到人们的密切关注。1.4003不锈钢（欧洲标准EN10088）是德国于1995年在3Cr12基础上发展起来的超低碳、低铬经济型铁素体不锈钢。该钢具有中等的抗蚀性、适度的强度、良好的耐磨性和低的维修成本，已经广泛应用于交通运输、框架结构、制糖、石化和采矿等各工业领域。
本文通过进行焊接工艺试验、拉伸、弯曲、冲击等力学性能试验和显微分析等手段研究了1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的组织和力学性能，为该钢的实际生产应用提供了理论依据。
1试验材料及方法
1.1材料制备和焊接
试验材料为欧洲标准EN10088———1.4003铁素体不锈钢和GB/T1220—1992———0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，两钢的化学成分见表1，力学性能见表2。采用熔化极混合气体保护焊方法焊接，焊接材料为ER308-L（AWS标准）奥氏体不锈钢焊丝，保护气体为Ar+φ（O2）3%。将对接焊的试板开60°的V形坡口，1.4003铁素体不锈钢试板尺寸为200mm×100mm×8mm，0Cr18Ni9试板尺寸为200mm×100mm×6mm。
1.2试验方法
1.2.1力学性能试验
焊接接头试验材料均沿《焊接接头拉伸试验方法》垂直于焊缝方向取样，拉伸试验按GB/T2651—1989进行，弯曲试验按GB/T2653—1989《焊接接头弯曲及压扁试验方法》分别进行面弯和背弯，维氏硬度试验按GB/T4340—1999进行，冲击试验采用55mm×10mm×5mmV形缺口试样，缺口分别开在焊缝、距熔合线1.5mm处的HAZ及母材，试验温度分别为室温、-20，-40℃。1.2.2显微组织和断口形貌分析分别用BX51M金相显微镜、JSM-6460LV扫描电镜对焊接接头的组织形态、冲击试验断口进行观察与分析。
2试验结果与分析讨论
2.1拉伸试验结果与分析
表4为1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头拉伸试验结果。由表4可见，焊接接头的抗拉强度与母材的相当，伸长率也接近1.4003铁素体不锈钢母材。
2.2弯曲试验结果与分析
表5为1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头弯曲试验结果。由表中可见，焊接接头面弯与背弯的弯曲角都为180°，焊接接头具有良好的弯曲性能。
2.3冲击试验结果与分析
表6是1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头在室温、-20℃和-40℃时的冲击试验结果。试验结果表明，焊缝、1.4003不锈钢侧HAZ、0Cr18Ni9不锈钢侧HAZ、0Cr18Ni9不锈钢母材在室温、-20℃和-40℃时的冲击吸取功均保持在较高的水平。相同温度下，焊缝的冲击吸取功平均值略低于两侧母材的，0Cr18Ni9不锈钢侧HAZ的冲击吸取功与1.4003铁素体不锈钢母材的相当。1.4003铁素体不锈钢侧HAZ冲击吸取功较低，是整个焊接接头的薄弱环节，且随着温度的降低，冲击吸取功显著降低。
图1为1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头-40℃时冲击试验断口形貌。从图中可以看出，焊缝、0Cr18Ni9侧HAZ、1.4003母材和0Cr18Ni9母材的冲击断口形貌基本都以韧窝为主，故冲击吸取功较高，韧性好。1.4003不锈钢侧HAZ冲击断口形貌为粗大的解理，晶粒粗大是该处冲击吸取功下降的主要原因。
2.4硬度试验结果与分析
图2为1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头硬度分布曲线。从图中可见，1.4003铁素体不锈钢的平均硬度为HV189，0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的平均硬度为HV180。靠近1.4003铁素体不锈钢侧熔合线附近硬度值波动较大，最小值为HV167，最大值为HV215，焊缝处的硬度平均值为HV198，高于两侧母材。
2.5金相显微组织分析
图3为1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的焊缝、热影响区以及母材的金相显微组织。焊缝组织为白色的奥氏体基体+网状铁素体，通过熔合比及舍夫勒相图得出焊缝中含有7%~8%的δ铁素体。奥氏体不锈钢焊缝中形成5%~10%的δ铁素体，有助于防止热裂纹。图3b为0Cr18Ni9奥氏体不锈钢侧HAZ显微组织，左侧为焊缝，右侧为热影响区。从图中可见由于焊缝组织与母材组织均为奥氏体，故互相交融，熔合线没有固定界限。图3c为1.4003铁素体不锈钢侧HAZ，从图中可见，左侧为奥氏体焊缝，右侧为铁素体热影响区，故熔合线界限明显，1.4003铁素体不锈钢侧HAZ过热区铁素体晶粒明显长大，呈等轴状分布，晶粒度达到1~2级，宽度约为0.48mm。由此可见，焊接热循环使铁素体晶粒长大，过热区的宽度虽然很小，但是严重影响了1.4003铁素体不锈钢侧HAZ处的低温冲击韧性。1.4003铁素体不锈钢母材组织以铁素体为主，晶粒度7~8级。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢母材组织为具有孪晶的奥氏体晶粒，上面有沿加工变形方向分布的黑色条纹α铁素体。
3结论
（1）1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊接接头的拉伸性能与母材的相当；且接头具有很好的弯曲性能；该接头的冲击性能在1.4003铁素体不锈钢侧HAZ处最差，该处的冲击吸取功随着温度的降低而显著降低。
（2）1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊接接头的平均硬度在HV160~200之间，焊缝处的平均硬度高于两侧母材的，1.4003不锈钢侧熔合线附近硬度曲线波动较大，0Cr18Ni9不锈钢侧熔合线附近的硬度曲线较为平缓。
（3）1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接，焊缝为奥氏体+（7%~8%）的δ铁素体双相组织；1.4003铁素体不锈钢侧HAZ过热区的晶粒明显长大，为单一铁素体组织，导致塑性和韧性下降，焊接时应选用小焊接工艺参数。
