马氏体不锈钢标准合金种类和焊接材料

   马氏体不锈钢是以Fe-Cr-C三元系为基础的。除了冷却很慢，比如随炉冷却外，在一般热-机械加工状态，这种钢都经过同素异构转变，由奥氏体生成马氏体。这种钢常称为空气淬硬钢，这是因为从炉中以奥氏体状态取出后，在静止的空气中冷却的速度就快得足以产生大量的马氏体。正常的焊接冷却速度也快得足以产生以马氏体为主的焊缝和HAZ微观组织。

        马氏体不锈钢可以达到很宽的强度范围，屈服强度可以从退火状态下的275MPa（40ksi）到淬火＋回火状态（高碳类）下的1900MPa(280ksi)。对于大多数工程应用，淬火后的钢一般要进行回火，以得到所需的韧性和塑性，淬火＋回火处理也可以得到高的硬度，以改善金属对金属的抗磨损和抗擦伤的能力。

        一般讲，马氏体不锈钢由于其较低的铬含量［w(Cr)=12%~14%］和较高的碳含量（和更耐腐蚀的不锈钢比较），其耐蚀性不如其他不锈钢钢种。这种钢一般是用在同时要求高强度和耐腐蚀的大气环境中。由于马氏体不锈钢的铬及其他合金元素含量低，所以其价格也比其他类型不锈钢低。

        马氏体不锈钢的一般用途包括在较低温度下工作的蒸汽轮机、燃气轮机和喷射式涡轮发动机的叶片、蒸汽管道，大型水轮机，淡水运河船闸，石油采集及精炼用管道和阀门以及连铸辊表面熔敷金属等。低碳超级马氏体类钢越来越多地用于油、气管道。而高碳高铬类马氏体钢则用于制造外科手术器械、餐具、齿轮和轴等物件。

        马氏体不锈钢一般不用于高于650℃（1200°F）的工作环境，因为力学性能和耐腐蚀性能都会变差。在焊接冷却时因为形成未经回火的马氏体，所以马氏体不锈钢是各种不锈钢中焊接性最差的。和很多难焊的结构钢类似，在焊接马氏体类不锈钢时要特别当心，尤其是对碳的质量分数高于0.1％的钢。

       马氏体不锈钢根据它对氢致裂纹或叫冷裂纹的敏感性可分为三组。分类是根据其碳含量，因为碳很大程度上决定焊后状态下马氏体的硬度，而后者直接影响它对冷裂纹的敏感性。焊接时困难最小的一组包括碳的质量分数接近或低于0.06%的钢。这组钢的最高硬度限于洛氏硬度35HRC以下，用焊接低合金高强度钢相似的工艺就能成功焊接。第二组包括碳的质量分数约为0.06％～0.30%的钢，这组钢焊后硬度范围由高于35HRC直到大约55HRC，因而有较高的裂纹倾向，相应地要求高达315℃(600°F)的高温预热。第三组钢包括碳的质量分数高于0.30％焊后硬度达到55～65HRC的钢，这组钢为了避免裂纹要求非常特殊的焊接工艺。

       大量铬的质量分数在11.5％～18％的马氏体钢可供采用，其中大多数用于结构用的钢种，碳的质量分数在0.1％～0.25％范围。某些钢加有少量Mo、V和W，这些元素通过形成稳定的碳化物而提高高温强度。添加Ni是为了增加韧性。而高碳含量的440型不锈钢是用于要求高硬度，高耐磨性和高耐蚀性的场合。

        焊接马氏体不锈钢时为了和母材强度匹配，要求用等匹配或近匹配（指成分匹配）的焊接填充金属。得到的焊缝金属也要能承担和母材相似的焊后热处理。然而并不是所有的母材金属都能从AWS（美国焊接协会）规定的焊接材料品种中找到匹配的填充金属，出了AWS填充金属分类和由其熔敷的马氏体不锈钢金属成分，以及由其匹配的母材金属牌号。还有很多未列入分类的专卖填充金属，大部分是用于埋弧焊的药芯焊丝，其熔敷金属属于中碳范围，主要用于轧钢机连铸器辊轮的表面熔敷。在某些应用场合，特别是当焊缝金属氢致裂纹成为主要问题时，要求选用奥氏体填充金属焊马氏体不锈钢母材，因为奥氏体有较高的氢溶解度并且本身不会产生氢致裂纹。另一个经常要求用奥氏体填充金属的场合是：要焊的马氏体钢母材处于退火状态，而焊件又要求在焊后状态使用。奥氏体不锈钢填充金属被马氏体母材稀释后会产生奥氏体＋铁素体两相组织，除了母材处于退火状态，这种焊缝组织会比母材软得多。对于含有铁素体的焊缝，在进行焊后热处理时要实施某些预防措施，因为在标准的回火温度范围内有可能产生σ相脆化。

        Ni基填充金属和马氏体钢在冶金上也是相容的，当母材金属对其稀释不严重时，会形成全奥氏体焊缝金属。无论从性能（强度）还是从价格角度考虑，一般不使用异种金属作为填充金属。然而对于马氏体不锈钢和奥氏体合金之间的过渡接头，也可能用异种填充金属，这是因为过渡接头要求其线胀系数也具有过渡性，或者是因为要求其焊缝金属强度只需高于最薄弱的部件。