15crmo钢的性能及其焊接方法

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1、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

2、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2.1GB713-2008对15CrMoR的化学成分规定见表1表115CrMoR钢化学成分牌号化学成分（质量分数）%CSiMnCrMoPS15CrMoR0.12~0.180.15~0.400.40~0.700.80~1.200.45~0.60≤0.025≤0.0102.2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215CrMoR钢力学性能交货状态钢板厚度/mm拉伸试验冲击韧性弯曲试验Rm/(N/mm2)ReL/(N/mm2)A/

3、%Akv/J(20℃)d=3aα=180°正火+回火≥6-60≥60-100450-590≥295≥275≥19≥31四件侧弯合格315CrMoR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

4、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。另一方面是由于焊接过程中焊缝金属与母材的成分差异，造成焊缝金属相比于母材在较高温度下进行相变。氢因溶

5、解度及扩散系数因素，从焊缝向热影响区扩散，在熔合线附近形成富氢带。当热影响区进入相变（奥氏体向马氏体转变）温度区间，氢会已过饱合状态残存于马氏体中，促使脆化导致裂纹。根据表1、2所要求的化学成分，按照美国焊接学会(AWS)提出的公式：CEAWS=w(C)+w(Mn)/6+w(Si)/24+w(Ni)/15+w(Cr)/5+w(Mo)/4+(w(Cu)/13+w(P)/2)15CrMoR材料CEAWS=0.490＞0.4以上取成分范围下限值。当CEAWS值＜0.4（质量分数，%）时，焊接冷裂纹不明显，当0.4，则会在焊接时出现冷裂纹。415CrMoR

6、焊接工艺15CrMoR焊接在预热状态下进行，焊接线能量不宜过高，否则焊缝金属冷却速度过慢，致使各区的温度过高而使晶粒粗大，影响塑韧性，同时低压短弧操作，以减少合金元素的烧损，保证接头合金成分的一致。4.1预热温度的选择预热温度一般先在200-250℃，我公司在对15CrMoR焊接前，进行焊接工艺评定，从试验数据可得到很好的说明。按JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》，焊接厚度为75mm的对接接头试件，试验不预热、预热150℃、预热200℃条件下进行。打底焊选用混合气体保护焊，保护气体80%（Ar）+20%（CO2）填充焊和盖面焊均先用

7、埋弧焊。焊接工艺如表3所示。表3对接焊缝焊接工艺参数母材材质焊接材料规格焊缝层数焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/（cm/min）热输入/（kJ/cm）15CrMoRH08CrMnSiMoAφ1.21110-13018-2013.09.0H08CrMoA+SJ101φ4.02-15220-25026-2832.012.5H08CrMoA+SJ101φ4.016-35560-58034-3640.829.5试件放置24小时后再次进行外观检验,1、2号试件出现裂纹，其余试件完好，对未出现裂纹的试件进行了线射检验，未发现缺陷。力学性能试验结果如表4所示。

8、表4对接焊缝力学性能试验结果试验条件试样号拉伸试验冲击韧性冷弯试验Rm/(N/mm2)ReL/(N/mm2)A/%Akv/