15CrMo钢管的焊后热处理工艺

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15CrMo钢管的焊后热处理工艺

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焊接?

!~一rMo管酶盾雅理蓥

重庆JJI维建安工程有限公司(401254)李熙莉

目前,在石油化工行业低合金耐热钢的应用越

来越普遍,特别是Cr—Mo型耐热钢.由于这类钢

含有一定量的碳和合金元素.所以焊接时有一定的

淬硬倾向,在较大拘束应力作用下,容易产生冷裂

纹,焊接性较差.因此,焊前必须进行预热.焊后

为了加速扩散氢的逸出,必须进行焊后热处理:由

于珠光体和马氏体耐热钢具有形成延迟裂纹的倾

向,因此,热处理必须在焊后立即进行,否则必须

进行中问热处理或消氢处理.

我厂安装的甲醇输送管线,其中蒸汽管线部分

材料为15CrMo.由于是现场施工,所以焊接前预

热以及焊后热处理只能用火焰加热和用电加热器进

行局部热处理.通过这样处理的管线,焊接接头及

热影响区没有裂纹及延迟裂纹产生,各个焊口均一

次焊接合格. 1.15CrMo钢的化学成分厦力学性能

15CrMo钢的化学成分见表1.15CrMo钢的力

学性能见表2

裹1化学成分(质■分数)(%)

CSMnSPCrNiMoI其他

0.12~0I7~040~080~040~Co

≤0040040<025

0.180.370701l0055<003

裹2

力学性能

热处理钢号

baK/备注状态

v【Pa/MPa(96)(%)J?crn

930~960℃

正火24”Ci15o≥4帅>/225≥20680~730℃回火

从上表中可看出这种材质的钢材属空淬钢,钢

的力学性能在很大程度上取决于钢的热处理状态

对压力容器和管道来说,设计标准规定的许用应力

值均以完全热处理状态材料所达到的强度性能为基

础;在设备制造及管道安装中,各种加工工艺及焊

接等都将改变钢材的原始状态强度和韧性,因此只

有通过最终热处理才能达到设计要求的材料性能. 我们讨论的主要是管道焊接前后如何进行热处

枫~.I-At热抽I)2001年第8鹚

理来保证材料的力学性能.为了更准确地分析

15CrMo钢的热处理工艺,有必要先讨论这种钢材

焊接时的特点.

2.15CrMo钢的焊接特点

l5CrMo钢在焊接时一般有以下特点:

(1)淬硬性钢的淬硬性取决于它的碳含量及

合金成分含量.15CrMo钢中的主要合金元素铬和

钼都能显着提高钢的淬硬性.特别是钼的作用,比

铬约大5O倍.这些合金元素推迟了钢在冷却过程

中的转变,提高了过冷奥氏体的稳定性.

(2)消除应力处理裂纹倾向15CrMo钢焊接

接头消除应力裂纹倾向主要取决于钢中碳化物形成

元素的特性及含量,它常产生于焊接热影响区的粗

晶段.这种裂纹一般在500~700℃温度范围内形

成.采用焊前预热和焊后合理的热处理工艺,避免

在敏感温度区停留时间过长就能防止裂纹的产生.

(3)回火脆?性回火脆?性指钢材及其焊接接头

在350~500℃温度区域长期运行过程中发生剧烈

脆变的现象.

3.15CrMo钢的热处理 为了保证母材及焊缝的性能除了在焊接工艺上

控制外,对母材焊前进行预热以及焊后制定合理的

热处理方案是十分关键的.

焊前预热是防止钢材在焊接时产生冷裂纹和消

除应力裂纹的有效措施之一.对于预热的温度选择

应依据钢材中的合金含量而定.对15CrMo钢管根

据管壁的厚度选择预热温度,一般预热温度在150

300℃之间,并控制焊接的层间温度在预热温度

以上.预热温度过高,在最终组织中易形成马氏体

组织;在焊接时如果氢含量过高,就易形成焊接接

头裂纹.为防止接头裂纹的产生一般采取在焊后立

即进行低温后热处理,可基本消除焊缝中的扩散

氢,保证接头质量,这种处理也称为消氢处理.消

氢处理温度一般在300~350℃.

焊后热处理不仅能消除焊接过程中产生的焊接

残余应力,而且更重要的是能改善母材的组织,提

高接头的综合力学性能同时也能提高焊接接头的

高温蠕变强度和组织的稳定性,降低焊缝及热影响

37?

区的硬度. 焊后热处理分整体热处理和局部热处理.在管

道安装中焊后热处理一般采用局部热处理即用电

加热带缠绕焊缝,外缠保温层进行保温的热处理方

法.

(L)15CrMo管线焊接位置筒图(见图L).

注:图上所标数字表示焊缝位置

苎:舱监图总长:240m一

(2)热处理工艺预热热处理工艺曲绂见图

2.消氢热处理工艺曲线见图3.最终焊后消除应

力热处理工艺曲线见图4.在生产现场一般采取局

部预热的方法就能达到预热的效果预热范围一般

为焊缝两侧各不小于焊件厚度的3倍,且不小于

lOOrnm.消氢处理在焊后要求立即进行,用火焰

加热到300--350℃后立即用保温棉缠绕管线保温,

缓冷至室温.最终热处理在生产现场采取履带式加

热器局部热处理的方法.

l

.

3D0~350I

上,下对称安装两只热电偶,热电偶安装在靠近焊 缝边缘的30mm以内,加热器缠绕在焊缝上,宽度

以焊缝中心为基准每侧不小于焊缝宽度的3倍.加

热器外用细铁丝捆扎硅酸铝保温棉进行保温,保温

棉宽以焊缝中心为基准每侧不小于焊缝宽度的6

倍,并要求将未密封管口用保温棉包扎密闭,以保

证升温和冷却的温度梯度达到工艺的要求.保温时

间根据管壁厚度而定,一般每毫米保温L5min,

且不小于60rain.并要求严格按工艺控制加热和冷

却的速度.

图5

1.钢管2.保温棉3.加热器

4.检查结果及结论

管道所有焊缝经检验均为一次焊接合格.母

材,焊缝及热影响区硬度符合管道安装标准的要

综上分析可知,Cr—Mo钢在用于管道安装时,

制定合理的热处理工艺是非常重要的,工艺的合理

性是保证钢材在焊接时不产生裂纹及延迟裂纹,安

装出优质工程的前提条件.(20010518)

时司r/min

图2图.日本钢结构新技术报告会在京举行

图4 (3)热处理方式管道对接焊缝的热处理分

焊前预热,消氢热处理及焊后最终热处理三步进

行,焊前预热在安装现场只能用火焰局部加热.焊

后消氢热处理,在焊接完每个焊V1后立即进行,在

生产现场采取火焰加热进行局部热处理.焊后最终

热处理采用履带式加热器对已消氢焊缝逐条进行处

理的方法.

图5为履带式加热器加热示意图,每道焊口在

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38?

应有关方面邀请,日本池边卓先生于7居中旬对我国

进行工咋访问.中国钢结构协会钢结构焊接协会和北京市

机械工程学会焊接学会,于7月】8巳在北京冶金部建筑研

究总院联合举办日本钢结构新技术报告会.会上由日本

新日铁株式会社东京总部池边卓先生作题为建筑结构用

钢材的特性及加工技术专题报告.报告的主要内容有:

(1)日本建筑钢结构的发展现状.

(2)日本建筑钢结构用厚钢板的技术发展及应用,包

括防火,i『09候钢及无预热焊接钢的发展及应用情况o

(3)建筑钢结构的最新加工工艺,重点介绍厚板焊接

技术.

(4)相关标准,规程规范等. 来自北京各企,事业单位的参舍代表100余人,会议

取得圆满成功.

税辘I九(热加I2001年第8期