珠光体耐热钢焊接再热裂纹的防治

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1、珠光体耐热钢焊接再热裂纹的防治王珏　　摘　要　为了解决珠光体耐热钢焊后热处理过程中易产生再热裂纹的问题，分析了再热裂纹的特征和产生机理，针对影响再热裂纹的因素，提出预防措施。　　主题词　不锈钢　焊接　热处理　裂纹　分析　防治　措施ToPreventtheReformationofThermalCracksonPearliticHigh-temperatureSteelWangJue　　Tosolvetheproblemofthermalcracksreformationonpearlitichigh-te

2、mperatureduringpostweldheattreatment,thepropertiesandformationmechanismsareanalyzedinthispaper.Preventivemeasuresareproposedinlightofthefactorscausingsuchreformation.　　Keywords:Stainlesssteel,Welding,Heattreatment,Crack,Analysis,Preventivetreatment,Measur

3、e1　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

4、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

5、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(Reheatcracking)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

6、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。　　(3)焊后不会发生，只是在焊后进行消除应力处理及焊后高温使用中发生，它有一个敏感的温度区，一般在500～700℃，600℃左右最为敏感。　　(4)再热裂纹总是出现在拘束应力或应力集中的部位，焊接应力越大越易产生，如焊缝向母材过渡不圆滑、焊缝余高过高、咬肉、焊瘤、未焊透、边缘未熔合等部位都容易产生再热裂纹。3　再热裂纹的产生机理　　根据高温金相显微镜及扫描电镜的观察

7、，认为再热裂纹是由晶界滑移导致微裂形成而发生和扩展的。即在焊后热处理过程中，残余应力松驰时，粗晶区应力集中处的某些晶界塑性变形量超过了该处的塑性变形能力，就会产生再裂纹。　　关于再热裂纹的产生机理有三种说法，再热裂纹形成的机理虽然可以从以下三方面进行分析论证，但仍有许多不明之处，影响的因素也不是单一的，可能是几种因素共同作用的结果，只是在不同情况下以某种因素为主。可以这样认为，珠光体耐热钢再热处理过程中，当应力集中部位晶界微观局部的实际塑性变形大于该处产生裂纹的临界变形能力时，就形成再热裂纹，实际塑性变形

8、与焊接接头的拘束度、残余应力的大小以及晶粒的大小有关，而晶界杂质的偏析、晶内沉淀强化必然影响到产生裂纹的临界变形值，也就影响到再热裂纹的产生。3.1　晶间杂质析集脆化的作用　　试验研究指出，再热裂纹的产生与晶界本身的弱化有关，强调杂质在晶界析集而造成脆化，对再热裂纹的脆化起到了主要作用。此外，母材的应力松驰效应对再热裂纹的敏感性也有很大的影响，它表明母材晶界强度的影响。试验表明，再热裂纹敏感性大的钢应力松驰程度低。因而认为，焊