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宝钢汽车排气系统用铁素体不锈钢的等离子焊接工艺

摘要：通过等离子焊接方法对宝钢汽车排气系统用铁素体不锈钢的焊接性和焊接工艺进行研究，得出适合排气系统不锈钢应用的焊接工艺，探讨了抑制汽车排气系统用不锈钢弧焊焊接工艺铁素体晶粒长大的原则与措施。
关键词：汽车 排气系统 铁素体不锈钢 等离子焊接

1 前言
随着汽车发动机性能的提高以及排气规则的严格化，汽车排出的气体温度是越来越高的，因此要求汽车排气系统的部件具有优良的耐蚀性和耐热性。通常采用SUS409L铁素体不锈钢作为排气系统焊管用钢，随着使用条件要求的提高，如钢种的焊接性、成型性以及高温腐蚀性等，在SUH409L以及SUS430铁素体不锈钢基础上，通过不同合金元素的添加演变出一系列专供汽车排气系统使用的铁素体不锈钢。本文针对宝钢生产的汽车排气系统用铁素体不锈钢系列，采用等离子焊接的方法，得出系列铁素体不锈钢的焊接接头性能。
2 试验材料和方法
采用B409M、B436L、B432L、B439M等四种排气系统专用铁素体不锈钢，其板厚规格以及相应的性能见表1和表2，焊接试验参数见表3。
表1 宝钢排气系统用铁素体不锈钢的成分设计标准（％）
钢号
板厚
mm
C
Si
Mn
Ti
Cr
Mo
Nb
N
B409M
1.5
≤0.03
≤1.0
≤1.0
6*C~0.3
10.5-11.5

Ti+Nb≥0.08+8*（C+N）
≤0.025
B436L
1.2
≤0.03
≤1.0
≤1.0
8*（C+N）~0.80
16-19
0.75-1.5

≤0.025
B432L
1.5
≤0.03
≤1.0
≤1.0
8*（C+N）~0.80
17-20
0.4-0.8
≤0.8
≤0.025
B439M
1.5
≤0.015
≤0.60
≤0.60
Ti：0.15+4*（C+N）~0.80
17-19

≤0.015

表2 材料性能
钢号
屈服强度
MPa
抗拉强度
MPa
延伸率
％
B409M
210～320
380～500
≥30
B436L
245～360
420～550
≥30
B432L
245～360
420～550
≥30
B439M
240～320
400～500
≥30

表3 焊接工艺参数
钢种编号
电流
A
电压
V
焊速
mm/min
等离子气体流量
L/min
引弧电流
A
B436L
50-70
13-14
400-450
1
9
B409M
70-90
13-15
450-500
1
9
B432L
70-85
15-17
400-430
1
9
B439M
75-90
14-16
420-460
1
9

3 讨论
四种汽车用铁素体不锈钢焊接接头拉伸试验的结果见图1。可见，同表2母材性能相比，四个钢种的焊接接头性能均达到或者超过母材的性能，尽管B409M的拉伸试验断裂位置处于焊缝，而其余焊接接头的拉伸试验均断于母材。

图1 焊接接头的抗拉强度
焊接接头的金相组织照片见图2，从四个钢种的等离子弧焊接头的金相组织看，铁素体晶粒均有不同程度的长大，通常可由母材的6－7级达到1.5级，甚至可达到1级。由于薄板铁素体不锈钢通常采用不添加焊丝的弧焊方法，晶粒粗化的接头将大大降低母材重熔而形成的焊接接头，对于具有深冲、成型等要求的加工工艺，必须尽可能降低焊接接头最终的铁素体晶粒尺寸。
如何抑制铁素体不锈钢的焊接接头或者热影响区组织的铁素体晶粒尺寸？不同的研究者或者生产厂家采用不同的方法。通常采用强碳化物形成元素如Ti和Nb等元素，利用两者能够与C、N形成碳化物颗粒，抑制铁素体不锈钢晶粒的长大。但是不同的钢种体系以及生产工艺添加的Ti或者Nb或者两者复合的数量是有不同的要求，具有最佳的微量元素种类和含量来改善不同C、N含量的铁素体不锈钢焊接性的要求。其次，从焊接工艺角度也可以抑制铁素体不锈钢晶粒的长大，如限制焊接过程中的热输入，在其它条件一定的情况下，焊接热输入的大小将直接决定了焊接接头的晶粒长大的最终尺寸。

(1) B409M (2) B432L

(3) B436L (4) B439M
图2 焊接接头的金相组织
适当的焊接工艺不但体现在对铁素体不锈钢晶粒长大尺寸的控制，对于焊缝成型也是非常重要的，鉴于铁素体不锈钢具有较强的缺口敏感性，因此，保证最终成型的焊缝无咬边、气孔、夹渣等缺陷以及焊缝余高或凹坑尺寸的控制。
4 结论
（1）适当的等离子焊接工艺可以保证汽车排气用铁素体不锈钢的焊接接头抗拉性能；
（2）采用微量元素Ti、Nb可以一定程度上改善铁素体不锈钢的焊接性；
（3）焊接热输入以及焊缝形状将直接决定铁素体不锈钢焊接接头铁素体晶粒的尺寸和使用加工性能。
参考文献：
[1]王伟明，毛惠刚.汽车排气系统用409铁素体不锈钢的开发研究．宝钢技术，2005，130（4）：56-60
[2]王宝森，马立 等．12％Cr铁素体不锈钢的焊接热影响区组织特征．宝钢技术，2007，132（3）：70-74