15CrMoR珠光体耐热钢焊接

15CrMoG耐热钢管道焊接施工工法1 前言耐热钢中以珠光体铬钼耐热钢应用最广，因为这类钢一般适用于350-550℃之间，同时，这类钢的合金元素含量相对较少，一般都属于低合金钢的范畴，因为合金钢是在碳钢中加入少量的合金元素，钢的性能就发生了变化，就得到了碳钢所没有的性能，即耐高温、抗氧化、抗蠕化和良好的持久强度,由于合金元素小于3.5%，所以称作低合金，简称合金钢。

它的耐热性和强度均超过不锈钢，但是价格比不锈钢便宜得多，适用于在各种高温高压条件下工作的介质管道。

例如在攀钢煤化工厂外线工艺管道施工项目中，该工程管道φ273×11共1200米，其设计温度为480℃，设计压力为5.5Mpa，并且管道材质为15CrMoG耐热合金钢，这类高温高压的特殊材质管道以前我公司未施工过,所以还没有完善和成熟的施工工艺及经验可以借鉴。

由于合金钢的化学成分和性能与碳素钢、不锈钢存在较大的区别，所以施工15CrMoG耐热合金钢的焊接工艺及步骤都比碳素钢、不锈钢要求更高，也更严格和复杂。

因此掌握此项新技术、新工艺中所有技术参数是具有较大的技术难题。

为了保证焊接质量，公司成立了专题攻关技术小组，开展科技创新，取得了“15CrMoG耐热钢管道焊接技术”这一新成果，并且该技术于2006年通过攀钢冶金技术有限公司（原攀冶建公司）科技质量部组织的科技成果鉴定，获公司科技进步一等奖；在2007年4月全国冶金施工系统QC成果发布会上获得二等奖。

该技术填补了我公司在15CrMoG耐热合金钢焊接技术方面的空白，优化了生产工艺，提高了劳动生产率，保证了焊接质量，为公司创造了良好的社会效益和经济效益。

2 工法特点2.1由于15CrMoG钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接接头淬硬倾向大，可能出现冷裂纹,因此15CrMoG 钢焊接时，焊接材料的选择和严格的工艺措施，对于防止焊缝产生裂纹，保证管道使用性能至关重要。

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。

浅谈15CrMoR的焊接性徐强【摘要】随着工程焊接技术的迅速发展,15CrMoR在石油化工、特种设备、动力等行业和部门得到广泛应用.主要分析和总结15CrMoR材料的焊接性、焊接工艺及焊接质量控制的经验做法.【期刊名称】《承德石油高等专科学校学报》【年(卷),期】2013(015)001【总页数】3页(P29-31)【关键词】15CrMoR;焊接性;焊接工艺;质量控制【作者】徐强【作者单位】石家庄市化炭技术服务中心,河北石家庄050100【正文语种】中文【中图分类】TG44随着工程焊接技术的迅速发展，15CrMoR材料由于有良好的耐热性，工艺性能好，又比较经济，成为了动力、石油化工部门的主要结构材料之一。

15CrMoR属珠光体耐热钢，焊接时易产生冷裂纹、再热裂纹和回火脆性。

本文从材质特性和焊接性进行分析，通过正确选用焊接材料和制定合理的焊接工艺及焊缝的质量检测，确保焊接结构的质量，以满足设计及规范的要求。

1 15CrMoR钢的特性及焊接性分析1.1 15CrMoR钢的特性15CrMoR是低合金高强度耐热钢，其组织为珠光体+铁素体，属珠光体耐热钢。

在高温情况下有很好的抗氧化和热强性、抗硫腐蚀和抗氢蚀性能，同时具有良好的工艺性能和物理性能。

通常以正火+回火供货。

15CrMoR钢板的化学成分及力学性能见表1和表2［1－3］。

1.2 15CrMoR焊接性分析1.2.1 淬硬性珠光体耐热钢中的主要元素铬和钼，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，因而显著提高了钢的淬硬性，冷却时得到较多的马氏体，产生淬硬组织。

在焊接应力和拘束应力的作用下，容易产生淬硬裂纹。

表1 钢板的化学成分%成分C C P熔炼分析 0.12 ～0.17 1.00 ～1.45 0.45 ～0.50 0.45 ～0.70 0.15 ～0.40 ≤0.030 ≤0.030产品分析 0.11 ～0.17 1.00 ～1.50 0.45 ～0.55 0.44 ～0.65 0.20 ～0.35 ≤0.030 ≤0.030表2 钢板的机械性能注:D—弯棍直径;a—试样厚度抗拉强度σb/MPa 屈服强度σb/MPa 延伸率δ5/% 室温夏比(V形缺口)冲击功/J 弯曲试验180°450～590≥275 ≥18 ≥30(3个试样平均值)≥21(其中一个试样的最低值)无裂纹D=2.0a 1.2.2 再热裂纹由于钢中含有Cr、Mo元素，再热裂纹敏感温度区间为500℃ ～700℃，在焊后热处理或长期的高温工作中，热影响区熔合线附近的粗晶区会出现这种裂纹。

【摘要】在本文中通过低合金珠光体耐热钢15CrMoR焊接工艺的试验，制定了以15CrMoR 为基础材料的临氢环境下高温高压容器的焊接工艺，评定及热处理工艺，促进产品的投入使用，且效果较好。

【关键词】焊接工艺 15CrMoR 热处理一、前言15CrMoR是石油化工设备常用的一个压力容器用钢号，尤其是处于临氢环境下运行的过程当中，因为较高的压力和温度，其各项服役条件均较为恶劣，所以材料必须具备较高强度尤其是较好的韧性、高温强度以及焊接的性能。

按照某炼化单位的需要，进行某个原料反应产物换热器的制造，因为没有焊接工艺能够完全与之相匹配，笔者对该类材质焊接工艺各项参数进行选择，选取焊接工艺较为相符的生产方式，并取得了让人满意的效果。

二、焊接工艺本工艺主要针对用于的炼油装置当中的换热器，在设备投入到使用过程当中之后介质有硫化氢、油气、氢气等，对于设备焊接质量也提出了较高要求，进而使得焊接工艺编制困难相应增加，为此，正式生产之前进行大量实验，以此做为评定工艺的依据。

（一）封头对接焊缝焊接工艺试验1、焊接方法及焊材选择由于15CrMoR是较大厚度（δ=34）对接，为提高效率故采用埋弧自动焊进行焊接，坡口内外均使用H13CrMoA（Φ4.0）/HJ350（需烘烤），详见：2、焊接工艺的参数为了提高焊接的质量，让焊接结构拘束度降低，需进行焊前的预热。

要做到消氢，让焊接应力降低又需进行焊后的后热。

为此，焊前预热、焊后后热及焊接的过程中层温控制相关参数需见下表：按照设备的形状大小，进行加热装置的设计并对焊缝加热，通过激光色温仪进行温度上的精确控制。

加热装置见下图：（二）焊后的热处理焊后热处理（ PWHT）是15CrMoR钢制压力容器制造过程中的重要工序之一，能够消除焊接残余应力等有害影响、改善焊接接头的性能。

在制定本次热处理工艺前，针对热处理对母材的化学成分和力学性能的影响，进行了分组试验，以高温强度，无塑性转变温度，金像组织，韧性四个指标作为指向进行比对试验，最后得出以下热处理方案。

15CrMo钢的性能及其焊接方法陈蓉李攀峰陈桂芹（济南市锅检所济南山东250002山东澳信石化装备工程有限公司济南山东250217）山东华宸高压容器有限公司济南山东250101摘要：从理论和实践两个角度，探讨了15CrMoR材料有关的性能及其焊接工艺。

关键词：15CrMoR；焊接工艺；性能1、引言焦碳塔是延迟焦化装置的关键设备，其操作条件十分苛刻，操作温度高，温度变化范围大。

设备直径从5400-8800mm，由于100%射线检测，整体热处理，焊接质量要求非常严格，目前焦碳塔壳体材料一般采用15CrMoR钢，由于15CrMoR钢焊接性能较差，焊接时极容易产生焊接裂纹，因此探讨一套比较合理的焊接工艺十分必要。

2、15CrMoR耐热钢母材性能2.1 GB713-2008对15CrMoR的化学成分规定见表1表1 15CrMoR钢化学成分2.2力学性能见表2其金相组织为铁素体+珠光体+少量的贝氏体，晶粒度5-8级。

表2 15CrMoR钢力学性能3 15CrMoR 焊接时存在的问题15CrMoR中的Cr、Mo合金元素与碳共同作用，使奥氏体稳定性增大，临界冷却速度降低，易产生淬硬组织，导致冷裂纹的产生。

这与合金元素与碳的含量、氢的存在及焊接拘束度有关。

15CrMoR属淬硬倾向高的钢种。

其母材、焊缝具备固定的塑性储备，塑性变形能力相对较低，易在焊接缺陷处产生应力集中，加之氢的扩散聚集，导致诱发裂纹的临界应力值低，冷裂纹倾向较大。

应力状态是引起冷裂纹的直接原因，并会影响氢的分布。

15CrMoR焊接接头的应力状态主要有热应力、组织相变应力和接头外部刚性拘束引发的应力相互叠加的结果。

氢的直接作用主要为扩散氢，向应力集中部位扩散，当达到氢的临界含量值时，便引发裂纹。

来源于焊接材料的水分、坡口上的油污、铁锈及空气中的水分。

在高温焊接电弧作用下，分解的氢原子或氢离子大量溶于焊接熔池。

小体积熔池在快速冷却凝固过程中，氢来不及逸出，已过饱合状态存在于焊缝，在浓度梯度作用下，焊缝中的过饱和氢在一定温度区间（-100~100℃）扩散。

1 绪论1.1 焊接技术概述焊接是一种将材料永久性的连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。

几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足１克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用到焊接技术。

焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。

近年来，焊接已由一个单一的加工工艺发展成为有科学基础有广泛应用范围和前景的焊接工程和焊接产业，在这些产业中，焊接在其中占有重要地位，是决定其产品使用安全的关键。

有些直接出焊接产品或在现场装焊接后投入使用，有些是作成主体结构然后在其上安装动力和机电设备后应用，有焊接结构的质量和安全保证在整体结构设计合理的情况下，主要决定与焊接联结部位的结构、材料匹配、工艺设计、先进的焊接制造工艺及设备和准确的无损检测技术，这些都决定了焊接联结部位的的内在和外观质量，形成了分布在各工业和基础设施建设部门各具特色的焊接结构行业，同时也形成了结构焊接需要的焊接设备行业和焊接材料行业。

这些行业是互相关联促进的行业。

焊接结构已有日新月异的发展:在装备制造业结构中用焊接结构局部或全部代替铸件或锻件结构和由局部铸件或锻件焊接成组合结构是大重型结构发展的方向，可大大节约大型铸锻车间及其设备的基本建设投资和生产过程的能源消费，同时还可缩短生产周期;在各种建筑行业广泛采用钢质焊接结构代替钢筋混凝土结构，可达到大跨度、轻自重、工厂造、设计优、工程在建周期短、环境污染少，基础费用省，折除后材料可循环使用，因而符合目前绿色制造和资源循环利用建设节约型社会的大潮流。

目前我国微电子及IT行业中的发展，高强有色金属、光钎、超导和复合材料及高分子材料的应用，都对焊接工艺、设备和材料提出了很多新的要求，因而得到了相应发展。

1.2 压力容器的分类压力容器按其承受压力的高低分为常压容器和压力容器。

压力容器的分类方法很多，主要的分类方法有以下几种：（1）按设计压力划分，可分为低压容器、中压容器、高压容器、超高压容器。

15CrMoR的焊接工艺评定0、前言我厂氮合成塔技术改造中，105D出口至123C的管道上有多道高压焊口，材质为15CrMo钢，规格为φ14＂×3/4＂，管内介质为氢、氨氮混合气体，其工作压力高达150Kg，工作温度高达500℃。

为了保证焊接质量，选用了不同的焊接材料和焊接工艺进行了焊接工艺评定试验，为现场施焊提供了可靠的焊接工艺数据。

1 15CrMo钢的焊接性15CrMo钢系珠光体组织耐热钢，在高温下具有较高的热强性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力。

由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接性差。

15CrMo钢的化学成分如下：C：0.16%，Si：0.27%，Mn：0.55%，Cr：0.95%，Mo：0.50%，S≤0.40%，P≤0.035%，其碳当量（按国际焊接协会11W）推荐的公式：Ceq＝C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5＋（Ni＋Cu）/15＝0.545%根据经验：当Ceq＞0.4%时，焊接接头淬硬倾向大，可能出现冷裂纹，而15CrMo 钢的Ceq值达0.545%，故15CrMo钢的淬硬倾向大，焊接性差，因此15CrMo钢焊接时，焊接材料的选择和严格的工艺措施，对于防止裂纹，保证使用性能至关重要。

2 焊接工艺2.1 焊接材料针对15CrMo钢的焊接性及现场高压管道的工作特点，根据以往的经验，参照国外提供的焊接工艺卡，我们选择了两种方案进行焊接试验。

方案Ⅰ：焊接预热，采用ER80S-B2L H05SiCrMoA焊丝，T1G焊打底，E8018-B2焊条，焊条电弧焊盖面，焊后进行局部热处理。

方案Ⅱ：采用ER80S-B2L焊丝，T1G焊打底，E309Mo-16焊条A312E309Mo-16E309Mo-16用于0Cr24Ni13Mo2类型不锈钢、异种钢、复合钢的焊接，焊条填充电弧焊盖面，焊后不进行热处理。

焊丝和焊条的化学成分及力学性能见表1。

15CrMo耐热钢焊接性能与焊接工艺尿素合成塔扩建工程，其中用于输送氨介质的工艺管道，设计压力为32MPa，设计温度为220℃，材质有15CrMo、20G，管径有Φ159×28、Φ219×35、Φ273×40等，由于15CrMo合金钢管道焊接难度比较大，焊接工艺要求比较高，以15CrMo合金管道Φ159×28为例，进行焊接性能及焊接工艺评定作如下论述。

.1 15CrMo材料性能、化学成分及焊接性.1.1基本性能及化学成分：15CrMo属于珠光体耐热钢，它以加入铬、钼合金元素为主，合金元素铬能形成致密的氧化膜，提高钢的抗氧化性能，还有阻止石墨化的作用。

钼是耐热钢中的强化元素，形成碳化物的能力比铬弱，钼优先溶入固溶体，强化固溶体。

钼也有阻止石墨化的作用，故应与铬同时加入钢中，以阻止碳的石墨化。

钼的熔点高达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。

钼可以减少钢材的热脆性，还可以提高钢材的抗腐蚀能力。

.1.2焊接性：15CrMo 耐热钢的焊接性与低合金结构钢相近。

因为在钢中加人铬、钼合金元素，使碳当量增加，钢的淬硬倾向增大，提高焊接热影响区的硬度，容易产生焊接冷裂纹。

由于母材与焊缝金属中碳和合金元素含量的差异，当滞后相变的母材热影响区发生奥氏体向马氏体转变时，氢以过饱和状态残存于马氏体中，产生氢致裂纹。

当焊缝金属的含碳量和合金元素较高时，有可能使母材热影响区先于焊缝发生相变，氢就会从热影响区向焊缝扩散，使焊缝中氢处于过饱和。

当焊缝冷却后转变为马氏体组织时，会产生焊缝冷裂纹。

因此在焊接时应进行焊前预热，焊后热处理。

.2焊接工艺.2.1坡口选择及清理：1）坡口选择U形坡口，见下图：2）坡口内外两侧各20mm处的锈、油、污应清除干净。

.2.2焊接方法：采用氩弧焊打底，焊条电弧焊盖面。

.2.3焊材选择：氩弧焊打底焊采用H13CrMoA焊丝，焊条电弧焊填充、盖面采用R307焊条。