Cr-Mo钢焊接及焊后热处理工艺探析

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1、Cr-Mo钢焊接及焊后热处理工艺探析1.Cr-Mo的成份及性能钢铁中的五大基本元素是C.Mn.Si.P.S,而Cr—Mo钢是在碳钢五大元素的基础上增加Cr.Mo两种为主的元素,形成以Cr—Mo为基础的低、中合金珠光体耐热钢，是动力工业、石油化工等行业应用于高温条件下重要材料之一。Cr-Mo钢材料一般可用于600°C以下。它不仅有很好的抗氧化性和热强性，还有比较好的抗硫腐蚀和抗氢腐蚀性能，并且是合金元素含量少，价格便宜，同时具有良好的工艺性能和物理性能，所以应用范围很广泛。珠光体耐热钢Cr的质量分数一般为0.5%-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、

2、高温强度和抗硫化物腐蚀性能都增加。2.Cr-Mo钢的焊接性分析Cr-Mo钢的焊接性与低碳调质钢相近，焊接中存在的主要问题是冷裂纹、热影响区的硬化、软伦，以及焊后热处理或高温长期使用中的消除应力裂纹。如果焊接材料选择不当，焊缝中还有可能产生热裂纹。2.1热影响区硬化及冷裂纹珠光体耐热钢中的Cr、Mo元素能显著提高钢的淬硬性,这些合金元素推迟了冷却过程中的组织转变，提高了过冷奥氏体的稳定性。在焊接热输入过小时，热影响区易出现淬硬组织；在焊接热输入过大时，热影响区晶粒无明显粗化。淬硬性大的珠光体耐热钢焊接中可能出现冷裂纹，裂纹倾向一般随着钢中Cr、Mo的含量的提高而增大。2.2消除应力裂纹（SR裂纹

3、）珠光体耐热钢消除应力裂纹取决于钢中碳化物形成元素（Mo.V等）的特性及其含量。消除应力裂纹出现在焊接热影响区的粗晶区，与焊接工艺及焊接残余应力有关。这种裂纹一般在500-700°C的敏感温度范围形成，珠光体耐热钢中的Mo含量增多时，Cr对消除应力裂纹的影响也增大。2.3回火脆性Cr-Mo耐热钢及其焊接接头在350-500°C温度区间长期运行过程中发生脆变的现象称为回火脆性。产生回火脆性的主要原因是由于在回火脆化温度范围内长期加热后，P、As、Sb、Sn等杂质元素在奥氏体晶界偏析而引起的晶界脆化，此外，与促进回火脆化的元素Mn、Si也有关。3.Cr-Mo钢的焊接工艺特点Cr-Mo钢一般在预热状

4、态下焊接、焊后大多要进行高温回火处理。Cr-Mo钢的定位焊和正式施焊前都要预热，若焊件刚性大，宜整体预热。焊条电弧焊时应尽量减小接头的拘束度。焊接过程中保持焊件的温度不低于预热温度（包括多层焊时的层间温度），尽量避免中断，不得已中断焊接时，应保证焊件缓慢冷却。重新施焊的焊接件焊前仍须预热，焊接完毕后将焊件保持在预热温度以上数小时，然后再缓慢冷却。焊缝余高不宜过高。4•焊后热处理工艺压力容器在制造过程中常采用的热处理方法一般有两类：一类为改善金属材料力学性能的热处理，另一类为焊后热处理。下面重点对压力容器焊后热处理进行分析。广义地讲，焊后热处理是指焊后能改变焊接接头的组织和性能，或降低残余应力的

5、过程。包括退火、完全退火、固熔、正火、正火加回火、回火、消除应力热处理、析出热处理等。狭义地讲，焊后热处理仅指消除应力热处理，即为了改善焊接接头的组织和性能，消除焊接残余应力等影响•压力容器焊接是局部快速加热至高温后又快速冷却的过程，焊接接头区与母材间存在较高的温度梯度，加热时，高温金属的热膨胀受到周围冷态金属的拘束，产生了热应力，冷却时，焊接接头金属受周围冷态金属的约束而无法自由收缩，从而形成了残余应力，可见焊接应力是因焊接接头区与周边部位变形不协调而产生的。炼油、大型火电机组及煤代油生产合成气的加压气化装置中的中高温设备，均要求钢材有良好的抗氧化性（耐热性）、足够的高温强度以及优良的韧性，

6、为此，广泛采用各种类型的辂钮钢。目前，我国一些大中型制造厂制造这类设备应用较多的钢种是：lCr-0.5Mo（如：15CrMoR,15CrMog等）；1.25Cr-0.5Mo（例如14CrlMoR.SA3Grl等）；2.25Cr-lMo（例如：12Cr2MolR.SA387Gr22、等），当然还有含锐的Cr—Mo钢。此外，还有的炼油设备采用爆炸复合钢板制作，其基层为Cr一Mo钢，复层为不锈钢。Cr-Mo钢设备需进行焊后热处理，以消除焊接残余应力，降低焊接接头的硬度和改善其力学性能。随着装置的大型化，钢材强度或厚度增加，制造工艺规范有可能将热处理温度提高或保温时间延长。Cr-Mo钢焊缝金属中含有较

7、多的淬硬组织，经较高温度的热处理，在消除应力、降低硬度的同时，改善了韧性。但是，在提高热处理温度或过分延长保温时间（即增大回火参数），会引起焊缝金属和热影响区金相组织中碳化物沿晶界聚集，也可能导致铁素体晶粒粗化。使焊接接头的强度降低，韧性变差，出现消除应力脆化（再热脆化）。长期以来，一些技术人员关注焊后热处理对消除焊接残余应力的作用，而忽视了其不利的影响。实际上，1.25Cr-0.5Mo钢及其焊接