珠光体耐热钢的焊接课件.ppt

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1、珠光体耐热钢的焊接3.5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，加入合金元素Cr、Mo、V，有时还加入少量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600℃，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、电力等工业部门得到了广泛的应用。3.5.1珠光体耐热钢的成分及性能珠光体耐热钢的Cr含量0.5%~9%，Mo含量一般为0.5%或1%。随着Cr、Mo含量增加，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

2、少量的V、W、Nb、Ti等元素，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-Mo-V-Ti-B等。合金元素的作用Cr能形成致密的氧化膜，提高钢的抗氧化性能。当钢中Cr<1.5%时，随Cr的增加钢的蠕变强度也增加；Cr≥1.5%后，钢的蠕变强度随Cr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优先溶入固溶体，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，提高钢的高温强度和抗蠕变能力。Mo可减小钢材的热脆性，还可以提高钢材的抗腐蚀能力。V能形成

3、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，使钢材脆化。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。Nb和Ti是碳化物形成元素，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性，显著提高蠕变强度，改善钢的焊接性。B和RE加入钢中，可净化晶界，提高晶界强度，阻止晶粒长大，提高钢的蠕变强度。组织性能特点珠光体耐热钢的室温强度不

4、太高，通常是在退火状态或正火+回火状态供货，在正火+回火或淬火+回火状态下使用。合金元素总量<2.5%时，钢组织为P+F；合金元素总量>3%时，为B+F（即贝氏体耐热钢）。这类钢在500~600℃具有良好的耐热性，工艺性能好，又比较经济，是电力、石油、化工部门用于高温条件的主要结构材料，如用于加氢、裂解氢和煤液化的高压容器等。但这类钢在高温长期运行中会出现碳化物聚集长大等现象。表3-33珠光体耐热钢的热处理制度1）厚度不超过30mm的Mo钢和Mn-Mo钢可以在热轧状态供货或使用，其他的耐热钢应以热处理状态供货。2）热处理的目的是使钢材获得所要求的组织、晶粒尺寸和力学性能。

5、耐热钢的强化途径(1)基体固溶强化加入合金元素强化F基体，常用的Cr、Mo、W、Nb元素能显著提高热强性。其中Mo、W的固溶强化作用最显著；Cr=1%的强化作用已很显著，继续增加Cr的强化效果不显著，但可提高持久强度。(2)第二相沉淀强化在F为基体的耐热钢中，强化相主要是合金碳化物（V4C3或VC、NbC、TiC等）。沉淀强化作用可维持到0.7Tm（Tm为熔点），固溶强化效果在0.6Tm以上显著减弱。但碳化物种类、形态及弥散度对热强性影响很大。其中V4C3、NbC、TiC等最有效；Mo2C在温度低于520℃时有沉淀强化作用；Cr7C3及Cr23C6在540℃左右已不稳定而

6、易于聚集。(3)晶界强化加入微量元素（RE、B、Ti+B等）能吸附于晶界，延缓合金元素沿晶界的扩散，从而强化晶界。耐热钢的焊接应用在电站、核动力装置、石化加氢裂化装置、合成化工容器及其他高温加工设备中，耐热钢的应用很普遍。耐热钢焊接对保证高温高压设备长期工作的可靠性有重要的意义。要求抗氧化和高温强度的运行条件下，各种耐热钢的极限工作温度的限制。图3-33各种耐热钢的极限工作温度表3-34不同运行条件下耐热钢允许的最高工作温度图3-34高压氢介质中各种Cr-Mo钢的适用温度范围热壁加氢反应器，总重560t，内衬不锈钢3.5.2珠光体耐热钢的焊接性分析珠光体耐热钢的焊接性与低

7、碳调质钢相近，焊接中存在的主要问题是冷裂纹、HAZ硬化、软化，以及焊后热处理或高温长期使用中的再热裂纹（SR裂纹）。焊接材料选择不当，焊缝中还有可能产生热裂纹。1.热影响区硬化及冷裂纹珠光体耐热钢中的Cr、Mo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A的稳定性。对于成分一定的耐热钢，最高硬度取决于A的冷却速度。在焊接热输入过小时，HAZ易出现淬硬组织；焊接热输入过大时，HAZ晶粒明显粗化。淬硬性大的珠光体耐热钢焊接中可能出现冷裂纹，裂纹倾向随着钢材中Cr、Mo含量的提高而增大。当焊缝中[H]含量