淺談15CrMoR的焊接性

徐 強(qiáng)

(石家莊市化炭技術(shù)服務(wù)中心，河北 石家莊050100)

隨著工程焊接技術(shù)的迅速發(fā)展，15CrMoR材料由于有良好的耐熱性，工藝性能好，又比較經(jīng)濟(jì)，成為了動(dòng)力、石油化工部門的主要結(jié)構(gòu)材料之一。15CrMoR屬珠光體耐熱鋼，焊接時(shí)易產(chǎn)生冷裂紋、再熱裂紋和回火脆性。本文從材質(zhì)特性和焊接性進(jìn)行分析，通過正確選用焊接材料和制定合理的焊接工藝及焊縫的質(zhì)量檢測，確保焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，以滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。

1 15CrMoR鋼的特性及焊接性分析

1.1 15CrMoR鋼的特性

15CrMoR是低合金高強(qiáng)度耐熱鋼，其組織為珠光體+鐵素體，屬珠光體耐熱鋼。在高溫情況下有很好的抗氧化和熱強(qiáng)性、抗硫腐蝕和抗氫蝕性能，同時(shí)具有良好的工藝性能和物理性能。通常以正火+回火供貨。15CrMoR鋼板的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1和表2［1－3］。

1.2 15CrMoR焊接性分析

1.2.1 淬硬性

珠光體耐熱鋼中的主要元素鉻和鉬，延遲了鋼在冷卻過程中的轉(zhuǎn)變，提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，因而顯著提高了鋼的淬硬性，冷卻時(shí)得到較多的馬氏體，產(chǎn)生淬硬組織。在焊接應(yīng)力和拘束應(yīng)力的作用下，容易產(chǎn)生淬硬裂紋。

表1 鋼板的化學(xué)成分%

表2 鋼板的機(jī)械性能

1.2.2 再熱裂紋

由于鋼中含有Cr、Mo元素，再熱裂紋敏感溫度區(qū)間為500℃ ～700℃，在焊后熱處理或長期的高溫工作中，熱影響區(qū)熔合線附近的粗晶區(qū)會(huì)出現(xiàn)這種裂紋。

1.2.3 回火脆性

鉻鉬鋼及其焊接接頭在370℃ ～565℃溫度區(qū)間長期運(yùn)行過程中，由于P、As、Sn、Sb等雜質(zhì)元素在晶界偏析，降低了晶界的斷裂強(qiáng)度，引起鋼材的韌性明顯下降，轉(zhuǎn)變溫度升高的晶界脆化現(xiàn)象，即回火脆性。

2 焊接工藝

2.1 焊接方法和焊接材料的選擇

在具體施工過程中，我們利用熔敷效率高的埋弧自動(dòng)焊和能全位置焊的焊條電弧焊結(jié)合的方法。所選用的焊接材料的選配原則是保證焊縫金屬化學(xué)成分和強(qiáng)度性能與母材相當(dāng)。為確保焊縫金屬的韌性，降低裂紋傾向，常選用低氫型焊接材料。焊材的選用見表3。

表3 焊材的選用與烘干

2.2 焊接工藝的制定

焊接工藝的制定首先從熱規(guī)范角度考慮，為防止焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋和再熱裂紋，采取≥200℃的預(yù)熱和保持層間溫度。預(yù)熱時(shí)預(yù)熱區(qū)的寬度大于所焊壁厚的4倍，層間溫度不低于預(yù)熱溫度。同時(shí)控制焊接熱輸入，以防止熱影響區(qū)過熱程度增加，晶粒粗化，晶界結(jié)合力降低，接頭的韌性也下降。焊接時(shí)采用多道焊和窄焊道，不擺動(dòng)或小幅度擺動(dòng)焊條。焊接熱輸入的的選擇見表4。當(dāng)接頭產(chǎn)生大的宏觀應(yīng)力時(shí)，采取650～700℃保溫時(shí)間不低于1 h的焊后熱處理，以保證盡可能的降低焊接殘余應(yīng)力。焊后熱處理同時(shí)也起到改善接頭組織的作用。

表4 焊接參數(shù)

3 質(zhì)量檢驗(yàn)

考慮到實(shí)際使用結(jié)構(gòu)的重要性，在材料使用的所有環(huán)節(jié)都應(yīng)層層把關(guān)，嚴(yán)格控制以保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量。原材料鋼板到貨后應(yīng)進(jìn)行100%UT檢測。在結(jié)構(gòu)制造過程中，注意材料標(biāo)記移置，焊前要注意熱切割邊緣的的清理和坡口面進(jìn)行100%MT檢測。焊材嚴(yán)格按照工藝規(guī)程烘干。焊接完24 h后進(jìn)行100%RT檢測，確保焊縫內(nèi)部質(zhì)量。如發(fā)現(xiàn)不允許的缺陷，應(yīng)在該缺陷兩端的延伸部位增加該焊接接頭長度的10%進(jìn)行檢測;待焊后熱處理完成后，重新對焊縫進(jìn)行20%的UT和MT的抽檢，防止熱處理過程對焊縫質(zhì)量的影響。

4 結(jié)束語

15CrMoR屬低合金高強(qiáng)度耐熱鋼，焊接時(shí)易產(chǎn)生冷裂紋、再熱裂紋和回火脆性，我們從材質(zhì)特性和焊接性入手進(jìn)行分析，通過選用與母材化學(xué)成分和力學(xué)性能相近的焊接材料和制定合適的焊接線能量、預(yù)熱和焊后熱處理等焊接工藝，通過對材料制造過程中和焊縫質(zhì)量的嚴(yán)格檢測等措施，確保焊接質(zhì)量，滿足了產(chǎn)品的施工要求。

［1］ 陳劍虹，等.焊接手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］ NB/T47015 －2011.壓力容器焊接規(guī)程，2011［S］.

［3］ GB150 －2010.壓力容器，2010［S］.