珠光体耐热钢的焊接

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：]。

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。

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。

焊工技能比武试题及答案（三）101、利用碳弧气刨对低碳钢开焊接坡口时，应采用()电源。

A.直流反接B.直流正接C.交流D.直流正接或反接【A】102、气割时，预热火焰应采用()或轻微氧化焰。

A.碳化焰B.中性焰C.氧化焰D.轻微碳化焰【B】103、高速切割40-60㎜钢板时，切割速度为()㎜/min.A.350～250B.450～300C.550～450D.650～550【B】104、碳弧气刨时，刨削速度增大，()。

A.刨削质量变差B.刨槽深度减小C.刨槽宽度增大D.刨槽尺寸增大【B】105、碳弧气刨时的碳棒倾角一般为()。

A.10°～25°B.25°～60°C.45°～60°D.25°～45°【D】106、()碳棒常用于大面积刨槽或刨平面。

A.镀铜实心圆形B.镀铜空心圆形C.镀铜实心扁形D.镀铜空心扁形【C】107、()不宜采用碳弧气刨。

A.铸铁B.低碳钢C.不锈钢D.易淬火钢【D】108、根据Fe—Fe3C合金相图中的()，可以确定不同成分铁碳合金的熔化、浇注温度。

A.固相线B.共晶转变线C.共析转变线D.液相线【D】109、()是表示磁场方向与强弱的物理量。

A.磁场强度B.磁通势C.磁感应强度D.磁通【A】110、表示金属熔化特性的主要参数是()。

A.熔化系数B.熔化速度C.熔化率D.熔敷系数【B】111、单向应力对焊件的强度影响（）。

A.不大B.较小C.好D.较大【D】112、埋弧自动焊主要以()方式进行合金化。

A.应用合金焊丝B.应用药芯焊丝C.应用陶质焊剂D.应用置换反应【D】113、细丝熔化极氩弧焊，应采用具有()特性的电源。

A.上升B.缓降C.平D.陡降【C】114、等离子弧焊接铝、镁合金时，应采用()电源最好。

A.交流B.直流反接C.直流正接D.脉冲交流【B】115、凡在（）m以上的作业均称为高空作业。

珠光体耐热钢12Cr1MoV管道焊接工法以Cr-Mo为基的低、中合金珠光体耐热钢（其基体组织为珠光体或珠光体+铁素体）具有很好的抗氧化性和热强性，工作温度可高达600℃，广泛应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能力，因此在石油化工上也得到了广泛的应用。

详细分析母材合金化和焊接性的基础上，做了焊接工艺试验，并不断总结和反复研讨施工中出现的各种情况，形成了本工法.母材的合金化原理珠光体耐热钢的含Cr量一般为0.5~9%，在钢中加入铬后，由于铬和氧的亲和力大于铁，高温时，在金属表面首先形成一层致密的氧化铬保护膜，从而可以防止内部金属氧化。

其含Mo量一般为0.5%或1%，由于Mo本身的熔点很高，因而能显著提高金属的高温强度。

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。

其中的Si可提高抗氧化性和抗气体腐蚀能力。

在Cr-Mo钢中加入少量的V、W、Nb、Ti等后，一方面因为V能与C形成稳定的碳化物，从而降低C的有害作用；另一方面因为它们可溶于铁素体，提高其再结晶温度，从而可进一步提高热强性。

微量的B和Re起强化晶界作用。

因此这类钢的合金系统基本上是：Cr-Mo、Cr-Mo-V、Cr-Mo-W-V、Cr-Mo-W-V-B、Cr-Mo-V-Ti-B等，常见的珠光体耐热钢有12CrMo、15CrMo、12CrMoV、12Cr1MoV、15Cr1MoV等，其中12Cr1MoV属于1Cr-1/2Mo-V基，本工法着重12Cr1MoV钢焊接特有的主要问题是硬化、冷裂纹、软化及焊后热处理中的再热裂纹问题。

具体如下：1．硬化由于12Cr1MoV钢中的C、Cr、Mo、V等元素都能提高钢的强度和硬度，因而它具有较大的淬硬性，焊后焊缝和热影响区的硬化倾向较大。

焊件越厚，截面积越大，硬化越严重；焊接时产生的热量越小，硬化越严重；焊件不预热或预热温度过低，硬化越严重。

2．冷裂纹钢的淬硬倾向、焊缝中的氢以及焊接接头的应力状态都是导致冷裂纹产生的主要原因。

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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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。