SA-302 Gr.C 鋼焊接及熱處理工藝研究

◎唐計龍 劉雁

環(huán)氧乙烷是重要的石化產(chǎn)品，主要用于生產(chǎn)乙二醇，還可以衍生出幾十種重要的精細石油化工中間體，廣泛應(yīng)用于洗染、電子、醫(yī)藥、農(nóng)藥、紡織、造紙、汽車、石油開采與煉制等眾多領(lǐng)域。

SD 技術(shù)環(huán)氧乙烷主體材料選用ASME 牌號的SA-302 Gr.C 鋼板，該材料為低合金高強鋼，通過添加合金元素Mn、Ni、Mo 在保證材料沖擊韌性的前提下提高了材料的強度指標。但是，隨著合金元素種類和含量的提高，材料的淬硬傾向、冷裂傾向也隨之增大，因此，需對該材料開展焊接及熱處理試驗，確定合理的焊接工藝規(guī)范和熱處理工藝規(guī)范，指導(dǎo)SD 環(huán)氧乙烷的制造。

一、試驗材料

試驗用母材SA-302 Gr.C 鋼的供貨狀態(tài)為正火+回火，鋼板厚度為120mm，鋼板供貨狀態(tài)力學(xué)性能如表1 所示：

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焊接試驗采用單絲埋弧焊，按照化學(xué)、強度匹配原則選用埋弧焊焊絲和焊劑組合類別號為F9P4-EG-G，焊絲與焊劑純?nèi)鄹步饘俚幕瘜W(xué)成分如表2 所示：

二、焊接及熱處理工藝試驗

1.試板規(guī)格。焊接試板的規(guī)格為120×220×2000mm，共2 塊，1 對試板。焊接試板采用單絲埋弧焊焊接，焊后對試板進行分割，對焊態(tài)及580℃×3h、600℃×3h、620℃×3h 三種不同焊后熱處理制度下焊接接頭的硬度、強度、低溫沖擊韌性進行性能測試，性能測試驗收指標按表1 驗收。

2.坡口形式。焊接試板采用單“U”型窄間隙坡口（如圖1 所示），其中正面采用單絲埋弧焊采用一層兩道的焊接工藝焊接，背面采用電弧氣刨清根，采用單絲埋弧焊進行封根焊。

圖1 試板坡口形式

3.預(yù)熱溫度及層間溫度。焊接試板采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥180℃，層間溫度≤250℃，焊接過程中采用紅外線測溫儀測量監(jiān)控溫度。

4.焊接工藝規(guī)范。試板焊接工藝規(guī)范如表3 所示：

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5.無損檢測。試板焊接完成后進行消氫處理，消氫工藝規(guī)范：250～300℃×4hours。試板消氫結(jié)束后緩冷至室溫靜置48 小時后進行100%MT、UT、RT 無損檢測，無損檢測結(jié)果均滿足NB/T 47013 Ⅰ級合格標準。

6. 焊后熱處理。將試板均勻分割為4塊，其中3 塊分別進行580℃×3h、600℃×3h、620℃×3h 三種焊后熱處理制度進行焊后熱處理，待熱處理結(jié)束后將4 塊試料解刨加工拉伸、沖擊、硬度試塊，進行性能測試。

7.試驗結(jié)果。

（1）焊接接頭及熔敷金屬T/4 處室溫拉伸測試結(jié)果如表4 所示（GB/T228）：

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拉伸測試結(jié)果表明在熱處理工藝規(guī)范為600℃×3h 和620℃×3h 時焊接接頭及熔敷金屬在室溫下的強度指標滿足技術(shù)指標的要求，在焊態(tài)及580℃熱處理時熔敷金屬的強度指標超出技術(shù)指標的上限。

（2）焊接熱影響區(qū)及熔敷金屬T/4 處-20℃沖擊韌性如表5 所示（GB/T229）：

低溫沖擊測試結(jié)果表明熔敷金屬在各種實驗條件下沖擊韌性均非常優(yōu)良，焊后熱處理對熔覆金屬低溫韌性改善效果不明顯。

（3）焊接接頭硬度測試位置如圖2 所示，實驗結(jié)果如表6 所示：

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圖2 硬度測點分布圖

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硬度測試的結(jié)果表明SA-302 Gr.C 鋼板經(jīng)焊接后熱影響區(qū)有強烈的淬硬傾向，在焊態(tài)下上、下表面熱影響區(qū)的硬度較高，最高值達到275HV10，焊態(tài)下T/2 處的硬度有較大幅度的降低，這是由于焊接時后續(xù)焊道的回火所致。熱影響區(qū)的硬度在經(jīng)過600℃×3h 和620℃×3h 熱處理后才降至合格范圍內(nèi)。

三、結(jié)論

對SA-302 Gr.C 鋼焊接接頭焊態(tài)、580℃×3h、600℃×3h、620℃×3h 三種焊后熱處理制度下進行了拉伸試驗、沖擊試驗和硬度試驗。試驗結(jié)果表明SA-302 Gr.C鋼在焊接后具有強烈的淬硬傾向，焊后需要在≥600℃以上進行焊后熱處理降低熱影響區(qū)的硬度和熔敷金屬的強度，得到綜合力學(xué)性能優(yōu)良的焊接接頭。