珠光体耐热钢的焊接..

关于15CrMo、12Cr1MoVG钢焊接15CrMo及12Cr1MoVG耐热钢焊接技术要求15CrMo及12Cr1MoVG耐热钢焊接特点：铬钼耐热钢中主要含有铬、钼等元素，这些都是显著提高钢淬硬性的元素，特别是钼的作用比铬约大50倍，它们延迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性，从而在较高的冷却速度下可能形成马氏体组织，如果管材厚度较大且焊接不预热时，就有可能产生100%马氏体，转变出现淬硬组织，冷裂纹倾向较大。

铬钼耐热钢还具有再裂纹倾向和回火脆性。

15CrMo管材的焊接工艺要点：（1）焊前应对焊缝坡口及两侧各不小于焊件厚度的3倍范围内预热到70-80℃，且焊接过程中应保证预热范围内的母材（内外表面）温度不低于预热温度，且层间温度不低于150℃，不高于250℃。

（2）焊接使用的焊条一定要严格按要求进行烘干使用，在保温桶的存放时间不得超过4小时，剩余的焊材下班时要及时送回焊材烘干箱，不允许留在保温桶内。

（3）每道焊缝必需一次焊接完成。

每道焊缝焊接工作结束后，必须立即进行消氢热处理。

消氢热处理温度为250-350℃，保温时间为15分钟。

保温工作结束后，用硅酸铝板将焊缝及热影响区包裹采取缓冷措施。

（4）焊缝和热影响区的表面不允许存在咬边、裂纹、气孔、弧坑、夹杂等缺陷。

焊接接头上的熔渣和两侧的飞溅物必须打磨并消除干净。

（5）禁止在焊缝的非焊接部位引弧。

因电弧擦伤而产生的弧坑、弧疤，割除临时附件后，遗留的焊疤，均应打磨光滑，并按JB/T4730.4进行100%磁粉检测，Ⅰ级合格。

（6）探伤不合格的返修部位应对其按照要求进行预热后，方可进行清根、补焊。

补焊完成后，按照要求进行无损检测。

无损检测要求：（1）焊接接头（包含返修焊缝）焊接完成24h后才能进行以下无损检测：严格按照JB/T4730.2进行100%射线无损检测，合格级别不低于Ⅱ级。

（2）水压试验合格24h后，焊接接头应进行以下无损检测：焊接接头按JB/T4730.5进行100%渗透检测，Ⅰ级合格。

18 试述珠光体耐热钢的焊接工艺。

高温下具有足够的强度和抗氧化性的钢称为耐热钢，以Cr、Mo为主要合金元素的低合金耐热钢，基体组织是珠光体（或珠光体+铁素体）称为珠光体耐热钢，常用钢号有15CrMo、12CrMoV、12Cr2MoWVTiB、14MnMov、18MnMoNb、13MnNiMoNb。

由于珠光体耐热钢中含有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，所以热影响区会产生硬脆的马氏体组织，低温焊接或焊接刚性较大的结构时，易形成冷裂纹。

因此在焊接时应采取以下几项工艺措施：⑴预热预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施。

为了确保焊接质量，不论在定位焊或正式施焊过程中，焊件都应预热并保持为80～150℃用氩弧焊打底和CO2气体保护焊时，可以降低预热温度或不预热。

⑵焊后缓冷焊后应立即用石棉布覆盖焊缝及热影响区，使其缓慢冷却。

⑶焊后热处理焊后应立即进行高温回火，防止产生延迟裂纹、消除应力和改善组织。

焊后热处理温度应避免在350～500℃温度区间内进行，因珠光体耐热钢在该温度区间内有强烈的加火脆性现象。

几种常用珠光体耐热钢的焊后热处理温度见表11。

19 珠光体耐热钢焊接时，如何正确地选用焊接材料？总的原则是根据化学成分的要求，即熔敷金属的化学成分应与母材相当来选用焊接材料。

具体选用，见表12。

20 试述低碳调质钢的焊接性。

碳的质量分数不超过0.21%，加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Cu，经过奥氏体化-淬火-回火热处理的钢称为低碳调质钢，常用牌号有WCF60、62、HQ70A、B、15MnMoVN、15MnMoVNRE和14MnMoNbB等，其化学成分见表13。

低碳调质钢具有高的屈服点（490～980MPa）、良好的塑性、韧性、耐磨及耐腐蚀性。

低碳调质钢由于含碳量不高，虽含有一定量的合金元素，但焊接性较好，主要特点是：在焊接热影响区，特别是焊接热影响区的粗晶区有一定的冷裂倾向并有韧性下降的现象；在焊接热影响区受热时未完全奥氏体化的区域，以及受热时其最高温度低于Ac1、高于钢调质处理时的回火温度的那个区域有软化或脆化的倾向。

合金钢12Cr1MoV厚壁管道焊缝裂纹的防止摘要：合金钢12Cr1MoV的化学成分，是在Cr-1Mo合金的基础上，加入质量分数在0.15〜0.3%钒的耐热钢，这种钢具有较强抗氧化性和耐热性，其工作温度可高达580 C,在化工、石油、电力行业中使用非常广泛。

12Cr1MoV 钢属于珠光体耐热钢，由于含碳量及合金元素较多，使塑性、韧性降低，焊接性变差，焊件焊接后极易出现裂纹。

2010 年我公司承建的河南永城龙宇煤化工项目220 吨锅炉工程，热电车间的高压蒸汽管道采用的是12Cr1MoV合金钢材质，管径为$ 426mm厚度为S =36mm的厚壁管道，其施工中的难点就在于如何在焊接过程及热处理上对焊缝裂纹的有效防止。

关键词：合金钢12Cr1MoV 厚壁管道焊接裂纹防止1 常见焊缝裂纹成因分析12Cr1MoV钢属于低合金钢耐热钢，加热后在空气中冷却具有明显的淬硬倾向，焊接时在焊缝及热影响区易产生硬脆的马氏体组织，这不仅影响焊接接头的力学性能，还会产生很大的内应力，常导致焊缝和热影响区出现冷裂纹。

冷裂纹多出现在焊道与母材熔合线附近的热影响区中，多为穿晶裂纹。

冷裂纹具有延迟性质，故又叫做延迟裂纹。

冷裂纹产生的原因如下：焊接接头（焊缝和热影响区及熔合区）的淬火倾向严重，产生淬火组织，导致接头性能脆化；焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化，由于氢的扩散需要时间，所以由氢所致的裂纹在焊后需延迟一段时间才会出现；在多层焊时，焊缝应变集中的情况下，由于拉伸应变超过了金属塑性变形能力而产生。

防止这类裂纹的措施包括：合理的预热和后热；降低焊缝中的氢含量；减小拘束应力，避免应力集中。

而在焊接过程中产生的热裂纹，多产生在焊缝熔合线附近的母材中，有时也产生于多层焊的先施焊的焊道内。

其形成原因：由于在焊接热的作用下，焊缝熔合线外侧金属内产生沿晶界的局部熔化，以及在随后冷却收缩时引起的沿晶界液化层开裂。

珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢以Cr-Mo以及Cr-Mo基多元合金钢为主，加人合金元素Cr、Mo、 V，有时还加人少量W、Ti、Nb、B等，合金元素总的质量分数小于10%。

低、中合金珠光体耐热钢具有很好的抗氧化性和热强性，工作温度可高达仗旧℃，广泛用于制造蒸汽动力发电设备。

这类钢还具有良好的抗硫和氢腐蚀的能力，在石油、化工、电力和其他工业部门也得到了广泛的应用。

珠光体耐热钢Cr的质量分数一般为0.5~0.9%，Mo的质量分数一般为0.5%或1%。

随着Cr、Mo含量的增加，钢的抗氧化性、高温强度和抗硫化物腐蚀性能也都增加。

在Cr-Mo钢中加入少量的W、Ti、Nb、V等元素后，可进一步提高钢的热强性。

珠光体耐热钢的合金系基本上是：Cr-Mo、Cr-Mo-V、 Cr-Mo-W-V、 Cr-Mo-W-V-B、Cr-Ma-V-Ti-B等。

合金元素Cr能形成致密的氧化膜，提高钢的抗氧化性能。

当钢中碳含量小于1.5%时，随Cr的增加钢的蠕变强度也增加；大于1.5%后，钢的蠕变强度随含铬量的增加而降低。

Mo是耐热钢中的强化元素，形成碳化物的能力比Cr弱，Mo优先溶人固溶体，强化固溶体。

Mo的熔点高达2625 ℃，固溶后可提高钢的再结晶温度，有效地提高钢的高温强度和抗蠕变能力。

Mo可以减小钢材的热脆性，还可以提高钢材的抗腐蚀能力。

钢中的V能形成细小弥散的碳化物和氮化物，分布在晶内和晶界，阻碍碳化物聚集长大，提高蠕变强度。

V与C的亲和力比Cr和Mo大，可阻碍Cr和Mo形成碳化物，促进Cr和Mo的固溶强化作用。

钢中的V含量不宜过高，否则V的碳化物高温下会聚集长大，造成钢的热强性下降，或使钢材脆化。

钢中W的作用和Mo相似，能强化固溶体，提高再结晶温度，增加回火稳定性，提高蠕变强度。

钢中Nb 和Ti都是碳化物形成元素，可以析出细小弥散的金属间化合物，提高钢材的高温强度、抗晶间腐蚀能力和抗氧化能力，并可显著提高蠕变强度，改善钢的焊接性。

关于15CrMo、12Cr1MoVG钢焊接15CrMo及12Cr1MoVG耐热钢焊接技术要求15CrMo及12Cr1MoVG耐热钢焊接特点：铬钼耐热钢中主要含有铬、钼等元素，这些都是显著提高钢淬硬性的元素，特别是钼的作用比铬约大50倍，它们延迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性，从而在较高的冷却速度下可能形成马氏体组织，如果管材厚度较大且焊接不预热时，就有可能产生100%马氏体，转变出现淬硬组织，冷裂纹倾向较大。

铬钼耐热钢还具有再裂纹倾向和回火脆性。

15CrMo管材的焊接工艺要点：（1）焊前应对焊缝坡口及两侧各不小于焊件厚度的3倍范围内预热到70-80℃，且焊接过程中应保证预热范围内的母材（内外表面）温度不低于预热温度，且层间温度不低于150℃，不高于250℃。

（2）焊接使用的焊条一定要严格按要求进行烘干使用，在保温桶的存放时间不得超过4小时，剩余的焊材下班时要及时送回焊材烘干箱，不允许留在保温桶内。

（3）每道焊缝必需一次焊接完成。

每道焊缝焊接工作结束后，必须立即进行消氢热处理。

消氢热处理温度为250-350℃，保温时间为15分钟。

保温工作结束后，用硅酸铝板将焊缝及热影响区包裹采取缓冷措施。

（4）焊缝和热影响区的表面不允许存在咬边、裂纹、气孔、弧坑、夹杂等缺陷。

焊接接头上的熔渣和两侧的飞溅物必须打磨并消除干净。

（5）禁止在焊缝的非焊接部位引弧。

因电弧擦伤而产生的弧坑、弧疤，割除临时附件后，遗留的焊疤，均应打磨光滑，并按JB/T4730.4进行100%磁粉检测，Ⅰ级合格。

（6）探伤不合格的返修部位应对其按照要求进行预热后，方可进行清根、补焊。

补焊完成后，按照要求进行无损检测。

无损检测要求：（1）焊接接头（包含返修焊缝）焊接完成24h后才能进行以下无损检测：严格按照JB/T4730.2进行100%射线无损检测，合格级别不低于Ⅱ级。

（2）水压试验合格24h后，焊接接头应进行以下无损检测：焊接接头按JB/T4730.5进行100%渗透检测，Ⅰ级合格。

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1.耐热钢材质的焊接特点耐热钢在高温下具有化学稳定性和足够的强度，并有抗气体腐蚀的能力，根据化学成分和显微组织，P9、P11、Cr5Mo等材质属于珠光体耐热钢。

珠光体耐热钢不含Ni,含Cr不多，还有其他合金元素，如Mo、V、Nb、W等。

由于钢中碳和合金元素的共同作用，在焊接时极易形成淬硬组织，可焊性差，焊接时易产生冷裂纹，再热裂纹和回火脆性，所以要求焊前预热，焊后回火处理。

为防止产生焊接裂纹，焊接操作时应尽可能的采用多道焊、小电流和窄焊道，不摆动或小幅度摆动电弧。

焊道的宽度以不超过焊条直径的三倍为宜，并严格按要求进行焊前预热和焊后热处理。

耐热钢（特别是P9）的焊接难点在于如何控制打底层的焊接质量。

由于耐热钢合金含量较高，熔池流动性较差导致不宜焊透，且打底层容易在焊接高温下产生氧化而失效。

因此，当采用钨极氩弧焊进行打底焊接时，管内填充氩气或氮气保护，是取得良好的焊接接头的必要条件。

奥氏体不锈钢的焊接特点及焊条选用浅析不锈钢是指主加元素Cr高于12%,能使钢处于钝化状态、又具有不锈钢特性的钢。

不锈钢根据其显微组织分为铁素体型、马氏体型、奥氏体型、奥氏体+铁素体型和沉淀硬化型不锈钢。

奥氏体不锈钢通常在常温下的组织为纯奥氏体,也有一些为奥氏体+少量铁素体,这种少量铁素体有助于防止热裂纹。

一、奥氏体不锈钢的焊接特点:1、容易出现热裂纹。

防止措施:(1)尽量使焊缝金属呈双相组织,铁素体的含量控制在3-5%以下。

因为铁素体能大量溶解有害的S、P杂质。

(2)尽量选用碱性药皮的优质焊条,以限制焊缝金属中S、P、C等的含量。

2、晶间腐蚀:根据贫铬理论,焊缝和热影响区在加热到450-850℃敏化温度区时在晶界上析出碳化铬,造成贫铬的晶界,不足以抵抗腐蚀的程度。

防止措施:(1)采用低碳或超低碳的焊材,如A002等;采用含钛、铌等稳定化元素的焊条,如A137、A132等。

(2)由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素,使焊缝金属成为奥氏体+铁素体的双相组织,(铁素体一般控制在4-12%)。

珠光体耐热钢焊接再热裂纹的防治1 概况随着国内石油化工、电力工业的迅速发展，以Cr-Mo为基础的低、中合金珠光体耐热钢成为高温条件下使用的重要材料之一。

珠光体耐热钢在小于600℃温度下不仅有很好的抗氧化热强度，还有较好的抗氢腐蚀和抗硫腐蚀性能。

同时由于珠光体耐热钢中合金元素较少，其工艺性能和物理性能优良，为其它的耐热钢材料所不及。

因此，珠光体耐热钢得到了广泛应用。

珠光体耐热钢的焊接工艺通常有两种，一种为选用与母材相匹配的耐热钢焊条，另一种采用奥氏体钢焊条。

采用奥氏体焊条由于焊缝金属与母材的膨胀系数不同，长期高温工作还可能发生碳的扩散迁移现象，容易导致在熔合区发生破坏，因此，该焊接工艺较多应用于局部补焊或焊后不易进行热处理的部位，焊接珠光体耐热钢较普遍采用耐热钢焊条。

生产实践证明，采用珠光体耐热钢焊条，主要存在冷裂纹、近缝区硬化、热影响区软化等问题。

此外，焊接残余应力是造成应力脆性破坏、结构变形失稳以及应力腐蚀裂纹的主要原因之一。

因此珠光体耐热钢焊后进行热处理是不可缺少的重要工序，多数珠光体耐热钢在焊后并未出现裂纹，而是在焊后热处理过程中产生了裂纹，这就是珠光体耐热钢焊接的又一问题，即焊接再热裂纹。

从60年代开始，国外相继报道了因再热裂纹而发生的多起事故，促使各国对再热裂纹开展了大量的试验研究。

70年代初，国内也报道了因再热裂纹而导致产品失效的事故。

随着珠光体耐热钢应用于压力容器和高温高压管道，关于再热裂纹的报道也时有所闻。

再热裂纹(Reheat cracking)又称为消除应力处理裂纹(Stress-Reliefcracking)，这种裂纹不仅发生在消除应力的热处理中，也发生于焊后再次高温加热过程中。

2 再热裂纹的特征(1)产生的部位均在焊接热影响区的过热粗晶区，焊缝、热影响区的细晶区及母材均不产生再热裂纹。

裂纹沿熔合线方向在奥氏体粗晶晶界发展，不少裂纹是断续的，再热裂纹具有沿晶间开裂的特征。

(2)再热裂纹的产生与再热过程的加热或冷却速度无关。

珠光体耐热钢焊接工艺一、珠光体耐热钢焊接特点及工艺要点（1）焊接特点珠光体耐热钢属于低合金钢，主要合金元素是铬、钼，还含有少量钨、钒、铌等元素，加热后在空气中冷却具有明显的淬硬倾向，焊接时在焊缝及热影响区易产生硬脆的马氏体组织，这不仅影响焊接接头的力学性能，还会产生很大的内应力，常导致焊缝和热影响区出现冷裂纹。

硬化倾向还与下列因素有关：钢中碳、铬含量，构件厚度、刚性及焊件拘束度等。

焊接时预热是防止冷裂纹的有效措施，焊件未预热或预热温度太低，工件冷却速度加快都会加重焊缝及热影响区硬化。

（2）工艺要点及焊料选择①焊接过程中，应保持焊件温度不低于预热温度（包括多层焊时的层间温度）。

焊接过程中尽量避免中断，不得已中断时，应保证焊件缓慢冷却，重新施焊前仍需预热。

②焊件厚度较大时，可采用短道焊,使被焊的这一段焊缝在较短时间内重复加热，目的是为了使焊缝及热影响区缓慢冷却。

③焊缝正面的余高不宜太高。

④保持在自由状态下焊接。

由于铬钼耐热钢裂纹倾向比较大，故在焊接时应严格遵守焊接程序，收缩量大的焊缝先焊，尽量减少拘束度。

⑤焊后缓冷。

焊后缓冷是必须遵守原则，一般是焊后立即用石板布等保温材料覆盖在焊缝及近缝区，覆盖务必严实，确保缓冷。

⑥焊后热处理,防止延迟裂纹，消除应力，改善组织。

对于厚壁容器及管道，焊后常进行高温回火。

⑦焊条选择，摘自钢制压力容器焊接规程JB/T 4709－92、工业金属管道施工规范GB 50236－1997二、典型珠光体耐热钢的显微组织观察本实验所采用的珠光体耐热钢为2.25Cr-1Mo、12CrMoV（C=0.15%,M=0.6%,Cr=1.2%,Mo=0.3%,V=0.3%）等。

显微组织观察是研究材料内部组织最重要的方法，用光学显微镜观察研究任何材料的显微组织，一般要分三个步骤进行：抛光所截取试样的截面，采用适当的腐蚀剂显示显微组织，用显微镜观察和分析试样的显微组织。

采用气割或机械加工方法切下大块试样，取下的试样还要去除不必要的部分，之后进行试样的平整、磨光、抛光、浸蚀等一系列加工。

- 64 -工 业 技 术１　焊接性分析珠光体耐热钢与低碳钢、低温合金钢、奥氏体不锈钢等钢种相比，它的焊接性较差。

不仅在焊接生产中容易产生冷裂纹以及热影响区的硬化、软化现象，焊接接头长期服役的过程中还容易发生脆变。

这就要求我们焊接工艺人员慎重选择匹配焊材，以及合理选择焊接工艺参数和焊后热处理参数。

2.25Cr-1Mo 是珠光体耐热钢中的一个典型牌号，其Cr 元素含量为2.0 %~2.5 %，Mo 元素含量为0.90 %~1.10 %。

屈服强度σs ≥310 MPa 抗拉强度为520MPa~680 MPa。

根据2.25Cr-1Mo 钢种的化学成分及力学性能选择的匹配焊材为E9015-B3。

２　焊前准备２．１　焊接试件的制备2.25Cr-1Mo 钢板厚度选择38 mm，试件具体尺寸为230 mm×400 mm×2块（拉伸试样试件）编号为1号试件；150 mm×400 mm×2块（弯曲、夏比冲击试件）编号为2号试件；150 mm×750 mm×2块（回火脆化倾向评定对比试件）编号为3号试件；150 mm×750 mm×2块（回火脆化倾向评定试件）编号为4号试件。

1号、2号、3号、4号试件均加工成X 型坡口，中间留2 mm~3 mm 钝边。

焊前将坡口及附近20 mm 范围内打磨清理干净备用。

２．２　焊机、焊材及辅助设备准备焊机采用ZX7-400逆变直流电焊机。

由于试件较厚E9015-B3焊条选择φ4 mm、φ5 mm 2种规格，焊前将焊条350 ℃烘干1小时，放在保温箱内备用。

由于2.25Cr-1Mo 钢板的冷裂纹倾向较大，所以焊接过程要采取预热、缓冷、消氢热处理以及消应热处理等措施。

这就要求提前准备好加热及保温设备。

３　焊接试验焊前将试件预热200 ℃~250 ℃后进行组对点焊（定位焊及火焰切割前必须进行预热），层间温度控制在200 ℃~250 ℃范围内。

珠光体耐热钢的主要特点与焊接工艺措施以铬——钼为基的低、中合金珠光体耐热钢（包括贝氏体钢），是电力、石油、化工等工业高温条件（600℃以下）工作的重要金属材料，广泛地使用于235~550℃温度范围，不仅有很好的抗氧化性（又称热稳定性）和热强性（又称高温强度），还有比较好的耐硫腐蚀和耐氢腐蚀的性能。

这种钢的合金元素相对较少，价格便宜;同时还具有良好的冷、热加工工艺性能，为其它耐热材料所不及。

一、珠光体耐热钢的主要耐热特点。

1、高温强度高。

衡量耐热钢高温强度的指标是蠕变强度和持久强度。

影响耐热钢高温强度的主要因素是它的成分。

钼本身的熔点很高，因而能显著提高金属的高温强度，所以，珠光体耐热钢都含钼。

铬钼钢中加入钒，组成铬钼钒钢。

加入钒后，能强烈地形成碳化钒。

碳化钒呈弥散状分布，阻碍高温时金属组织的塑性变形。

另外，由于碳与钒化合，保证了钼能全部进入固溶体中。

钒的这两个作用都能提高高温强度。

加入少量的钨、铝、硼等元素，其目的也是为了提高高温强度。

2、高温抗氧化性强。

加入铬，在金属表面形成致密的氧化铬保护膜，从而防止内部金属受到氧化。

铬除了能提高钢材的高温抗氧化性以外，还可以提高钢材高温耐腐蚀性。

碳对耐热钢的高温抗氧化性极为不利，所以，铬钼耐热钢中的含碳量一般低于%。

二、珠光体耐热钢的主要焊接弱点及防止措施。

珠光体耐热钢焊接时，在焊接区存在着易产生冷裂纹、热裂纹和再热裂纹的可能，焊接接头韧性低，长期使用后的回火脆性、蠕变脆性、氢脆性和应力腐蚀裂纹等问题。

— 1/3 —— 1/3 —1、焊接接头易产生冷裂纹——焊接接头冷却到室温后产生的裂纹。

珠光体耐热钢，由于含有铬、钼、钒等元素，加热后在空气中冷却时，具有明显的淬火倾向，焊接时在焊缝和热影响区，很容易出现硬而脆的马氏体组织。

这不仅影响焊接接头的机械性能，而且产生很大的内应力，常常导致焊缝的热影响区产生冷裂纹，这是珠光体耐热钢最常见的焊接缺陷之一。

（1）焊缝及热影响区硬度倾向与下列因素有关：]。