409409L L铁素体不锈钢的焊接技术

穆钟涛 马焕新

（恒天重工股份有限公司，河南郑州 450053）

409409L L铁素体不锈钢的焊接技术

穆钟涛 马焕新

（恒天重工股份有限公司，河南郑州 450053）

通过对409L铁素体不锈钢手工钨极氩弧焊焊接试验分析，确定409L材料焊接性能和焊接工艺方案。试验结果表明，409L适用于手工钨极氩弧焊焊接，且在满足设计条件下，409L材料可替代部分产品中奥氏体不锈钢材料，从而降低产品成本。

409L铁素体不锈钢；手工钨极氩弧焊；焊接工艺试验；焊接性能

近年来409L铁素体不锈钢以其低廉的价格和一定的耐腐蚀性能，逐步得到更加广泛的应用。目前，我公司新开发的烘干设备采用了这种材料，为了更好地进行推广应用，我们对409L材料的焊接性能和焊接接头的耐蚀性进行了工艺试验。

1 铁素体不锈钢概述

铁素体不锈钢经过不断的研制和发展，现已具有三代不同性能的系列产品。第一代材料完全依靠Cr（16%～18%）作为铁素体稳定元素，材料含碳（≤0.12%）偏高，因此在焊接之后若不进行热处理，必然会产生晶间腐蚀，而且第一代铁素体不锈钢焊接接头韧性偏低，其代表钢号为1Cr17；第二代材料以409材料为代表，它们在降低C含量的同时，也相应地减少了Cr含量，并加入了强烈铁素体形成元素（409材料中加入铁素体形成元素——Ti），第二代铁素体不锈钢在韧性方面与第一代相差不大，但在工艺性能、耐腐蚀性以及成本上，都比上一代具有优势；第三代铁素体不锈钢，则从改进材料冶炼方法入手，生产出超低C、N含量的超纯铁素体不锈钢，其代表材料为409L（日本）。钢在降低C、N（≤0.015%）元素含量的同时，加大Cr（20%～23%）的含量，并在材料中加入强碳化物形成元素Ti（0.24%～0.8%）等，材料在焊后不进行热处理的情况下，焊接接头也不会有晶间腐蚀发生。超纯铁素体不锈钢相比前两代材料的韧性大幅提高，对均匀腐蚀、点状腐蚀有良好的抵抗能力，材料的抗腐蚀能力基本与奥氏体不锈钢304相当。

409 L材料属第三代铁素体不锈钢，其在409材料的基础上保持Cr（10%～11%）含量基本不变的同时，降低C元素含量，由原来的0.08%减少到0.03%，不仅保证了材料形成铁素体组织的能力，而且材料的耐蚀性和韧性也得到相应地提高。

2 409L材料化学成分及机械性能

409 L与GB/T3280-2007标准的022Cr11Ti材料相当，其化学成分和机械性能分别见表1和表2。

表1 化学成分（质量分数%）

表2 经退火处理的力学性能

3 试验方案

3.1 焊丝选择

铁素体不锈钢焊接时，焊材选择上有两种方案：①选焊材组织为铁素体，化学成分与被焊金属化学成分相当。焊接409L材料时，焊丝选择H08Cr11Ti或H08Cr11Nb，但选用铁素体焊材时焊缝金属晶粒长大严重，塑性较差；②选择奥氏体不锈钢焊丝进行焊接，常用ER308L、ER309L，这类焊丝在焊缝中形成奥氏体组织，焊缝金属强度好，塑性得到一定的改善［1］。本次选用奥氏体不锈钢焊丝ER308L、ER309L进行焊接试验。

3.2 材料

以2mm厚的409L板作为焊接试板。

3.3 焊接方法

根据板厚情况本次选用手工钨极氩弧焊进行焊接试验。

4 试验数据及分析

首先对焊接试板进行X光射线无损检测，试板合格后按标准要求制成拉伸、弯曲试样进行机械性能检测，各项检测数值如表3，试验数据分析如下。

表3 机械性能检测

4.1 拉伸试验

三组焊接试验拉伸试样如图1，焊接接头的抗拉强度基本上在材料的抗拉强度值之下，而且断裂位置均在母材上。1#试样为氩弧焊不加焊丝，焊缝由409L母材熔化形成，断裂在焊缝中也可视为是母材；2#、3#试样，由于ER308L、ER309L焊丝的熔敷金属抗拉值均大于600Mpa，焊接热影响区的母材在焊接热循环的作用下发生了较为不利的组织变化，晶粒严重长大、粗化，减少了晶粒间的结合力，从而导致焊接接头力学性能下降，因此拉伸断裂位置均在母材受热最严重的地方发生［2］。

图1

4.2 弯曲试验

在弯曲试验中可以看出1#试样焊缝金属的晶粒度非常粗大，在弯曲试样拉伸面可以清晰地看到焊缝由严重长大的柱状晶粒组成（如图2）；2#、3#弯曲试验时，由于焊缝金属的抗拉强度值较高，因此在弯曲时试样中心位置发生了偏移，偏移到焊接接头中强度较低的地方——热影响区的母材，试样拉伸面未看到如1#试样中的晶粒严重长大的现象［3］（如图3）。

图2

图3

图4

4.3 晶间腐蚀试验

按国家标准GB/T4334.5-2000《不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法》进行晶间腐蚀试验，三组试样均发生了严重的晶间腐蚀现象，如图4。各组试样分别在腐蚀最严重的地方吸附大量铜元素。1#试样可以看出在焊缝金属上吸附较多的铜，2#、3#试样在焊缝热影响区的熔合线附近吸附大量铜。

4.4 耐大气腐蚀试验

我们将一件经抛光的试样和一件未抛光的试样放置在自然环境中，经过10d的雨淋、日晒，我们发现经抛光的试样未见腐蚀现象，而未抛光的试样有轻微的腐蚀。

5 结语

5.1 409 L适用手工钨极氩弧焊焊接，焊接时除了正确选用焊接材料外，应重点注意焊接线能量的控制，抑制焊接区铁素体晶粒过分长大。

5.2 409 L焊接时不同的焊丝焊接将呈现不同的性能，不加焊丝时，焊缝晶粒粗大，塑性较差，加入奥氏体焊丝，可适当提高焊接接头的塑性和强度。

5.3 409 L焊接后不作热处理的情况下均发生严重的晶间腐蚀现象，因此409L材料产品的焊接接头不适用在有腐蚀环境的场所。

5.4 409 L材料及焊接接头能经得起自然环境中的大气腐蚀。

5.5 409 L材料焊接过程中母材不可避免在焊接热循环的作用下而出现组织晶粒粗大、塑性降低的现象，因此409L工件焊接后尽量避免在焊缝及热影响区折弯，如需折弯应尽量选用尖角R较大的上模。

［1］中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第2卷）［M］.北京：北京机械工业出版社出版，2001.

［2］承压设备焊接工艺评定［S］.NB/T47014，2011.

［3］曾乐.现代焊接技术手册［M］.上海：上海科学技术出版社出版，1995.

W elding Technology of 409L Ferritic Stainless Steel

Mu Zhongtao Ma Huanxin
Hi-Tech Heavy Industry Co.,Ltd.Zhengzhou Henan 450053)

The welding performance and welding technological scheme of the 409L material were determined by the experimental analysis of the manual argon arc welding of 409L ferritic stainless steel.The experimental results showed that 409L material can be applied in manual argon arc welding,and when the design conditions were satisfied，409L material can replace the austenitic stainless steelmaterial in some products，thus reducing the product cost.

409L ferritic stainless steel，manual argon arc welding，welding process test，welding performance

TG401

：A

：1003-5168（2015）03-0061-3

2015-2-24

穆钟涛（1979.5-），男，本科，工程师，研究方向：机械设计与制造。