摘要:根据14CrIMoR钢焊接性特点，为避免在焊接过程中出现冷裂纹、回火脆性等问题,对武汉钢铁厂研制的一种 新型高韧性14Cr1MoR钢的焊接性和焊接接头性能进行了试验研究,为今后大力推广此材料的应用提供了科学依据。
关键词: 14Cr1MoR钢:焊接:焊接接头性能
Welding of 14Cr1MoR steel 舞钢（师磊152-9076+5221）
WANG Shun-hua'-XUE Wei'
(1.School of Mechanic-electronie Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China; 2.Lanzhou LSMachinery Equipment Co,, Ltd..Lanzhou 730050, China)
A bstracts Base on the welding characteristics of 14CrI MoR stethe weldability and the welding joint's performance about a newkind of high-toughness, 14Cr1MoR steel produced in Wuhan Steel and lron Works have been tested and studied to avoid cold andtemper britenenesit provides a scientifie evidence for the popularization of using this kind of welding material in the future.
Key words: 14Cr1MoR steelt weldability: welding joint's performance
随着炼油I业的发展,炼油加氢工艺已成为石油炼制的常用工艺,而采用此工艺,炼油厂的加氢设备诸如催化重整、加氢精制.加氢脱硫.加氢裂化等是必不可少的。加氢设备在高温.高压和氢介质的条件下工作,操作条件相当苛刻,因此,此类设备用钢不仅要求有良好的常温力学性能、高温力学性能，而且要求有良好的抗氢腐蚀性能以前,此类设备用钢材料一般均从国外进口,费用昂责,生产成本高，采购周期长,增加产品制造周期。为此,武汉钢铁厂研制出-种新型的高韧性14Cr1MoR钢,这种钢主要用于制造壁温小于或等于550 C的加氢反应器换热器,中温变换炉等锅炉压力容器,与进口钢材1.25Cr-0.5Mo钢性能相当,对武钢生产的14Cr1MoR钢焊接性和焊接接头性能进行了试验研究,为大力推广此材料的应用提供了科学依据。
1 14Cr1MoR钢板的性能
14Cr1MoR钢的化学成分见表1,机械性能见表2.
2 14Cr1MoR 钢的焊接性试验
从14GrIMoR钢板的化学成分不难看出,该材料具有一定的冷裂倾向。为此,进行了热影响区硬度试验、斜Y型坡口对接裂纹试验、十字接头抗裂纹试验.T字型热裂纹试验,对其材料的焊接性进行了试验研究。
2.1热影响区 硬度试验2.1.1焊接 热影响区硬度估算
焊接热影响区硬度与钢中碳的质量百分比有关,在一定程度上反映了该钢的冷裂倾向。根据常用的热影响区硬度的经验公式
HVm=90+1 050C+47Si+75Mn+30Ni+31Cr.可计算出14CrIMoR钢的焊接热影响区理论硬度值(HV10).上限为401, 下限为353。
2.1.2焊接热影响区硬度试验
按照国际焊接学会推荐，当HV10的硬度大于350时,即认为有淬硬倾向和有热影响区冷裂纹.按CB4675.5《焊接性试验焊接热影响区硬度试验方法》标准,分别对试板不预热(环境温度为26 C)、预热100C、预热150C3种状态进行了热影响区硬度测定。14Cr1MoR钢在不预热的条件下施焊热影响区硬度为413,当预热温度从100-150 C逐步升高时,热影响区的硬度从413逐步降至342，由此看出,提高焊接预热温度可有效地降低热影响区的淬硬程度。
2.2斜Y型坡口对接裂纹试验
试验试板厚度8为46 mm,状态为正火+回火，以CB4675.1《焊接性试验斜Y型坡口对接裂纹试验方法》标准为依据，分别对3对试样在不预热、预热100C.预热150C3种状态下焊接,试样焊后放置48h后检查,见表3.
从试验情况看,随着预热温度的提高,焊接裂纹减少，当预热温度不低于150 C时可完全避免产生焊接裂纹。
2.3十字接头抗裂纹试验
该试验主要用于评定热影响区的冷裂纹倾向。试件制备如图la所示。该试验按图la装配,按图1b顺序在室温状态(室温为26 C)下焊试验焊缝,4条焊缝方向一-样,采用船形位置焊接,焊脚K为10 mm,埋弧自动焊,焊接电流500-550 A,焊接电压32-34 V,焊接速度20mh,焊丝直径φ 4.0, 牌号US511N,焊剂PF-200,不预热,每道焊缝焊接完后，需待冷却到室温状态时方可焊下一道焊缝。
试样焊后放置48h后进行检测和解剖。从试验情况看,热影响区裂纹率为90%,冷裂纹倾向较大,焊接时应采取一-定的工艺措施.焊接裂纹率为50%。2.4 T 字型热裂纹试验
试验试板厚度8为46 mm,状态为正火+回火,以CB4675.3《焊接性试验T字型热裂纹试验方法》标准为依据,采用船形位置进行T型接头角焊缝焊接,焊条CMA- 96MB,待试件冷却后着色检查焊缝,无裂纹。
3焊接接头性能试验3.1
焊接方法
根据加氢装置制造要求,焊接14Cr1MoR钢常采用手工电弧焊和埋弧自动焊2种焊接方法.为此，对采用此2种焊接方法焊制的焊接接头进行详细试验,如图2.图3所示。试板规格为: 14Cr1MoR,1000x120x46四块, 1000x120x62四块。
3.2 焊接材料
加氢装置用Cr -Mo抗氢钢焊接材料的选用主要应考虑:
a.保证焊缝金属常温和高温性能不低于母材下限.，
b.为了满足高温抗氢腐蚀的要求,焊接材料必须保证所有焊缝中的Cr, Mo质量百分比,特别是Cr的质量百分比不低于母材相应成分的下限。
c.为了改善焊接性能，要尽量降低焊缝中C. ;S.P的质量百分比。
d.为了减小焊缝回火脆性,婴控制焊接材料的Si质量百分比,并限制微量元素Sn.Sh.As等的质量
百分比。
综上考虑,结合兰石厂多年的实践经验,选择日本神钢公司生产的焊材进行试验。其中,手工电弧焊采用o 4.0.5.0两种规格的CMA -96MB焊条,埋弧自动焊采用φ 4.0的US511N焊丝,焊剂为PF- -200。3.3焊前准备
由于14Cr1MoR钢系低合金耐热钢，此类钢的焊接缺陷主要为冷裂纹,产生冷裂纹的3要素之一是扩散氢的作用.护散氯取决于焊缝中氢的质量百分比。因此,焊前对焊丝表面、坡口面和两侧20mm范围内的油、锈、水分及其他脏物一定 婴清除干净,焊条、焊剂严格按烘干工艺烘干,随用随取。
3.4焊前预热、层温的控制以及后热消氢处理和热处理规范
Cr-Mo钢的焊前预热、焊后消氢及热处理是防止焊接畏纹的T要工艺措施,通过前面大量的试验确定14Gr1MoR的预热温度≥150 C,但另一方面,预热温度过高会导致焊缝金属晶粒粗.因此,还应对层间温度控制在150-250 C之间,焊后立即进行(300~350 C)x2 h的消氢处理。
制定14Cr1MoR 钢焊接接头的焊后热处理规范时,婴考虑冶金和工艺特点,焊后热处理应保证焊接接头组织的改善，不应使母材及焊接接头各项力学性能降低到设计所要求的限度,并且提高韧性,降低硬度,消除焊接应力,防止临氢设备现场使用中产生表面裂纹.故14CrIMoR钢焊接完毕,焊后退火热处理规范订为:PWHT.690°+14 Cx24 h;PWHTn 690°+14 Cx6 h.3.5焊接接头性能
焊接接头性能见表3.表4、表5.
4结论
a 14C:1MoR 钢具有一定的淬硬倾向,焊接时预热至150 C以上,可防止产生焊接冷裂纹。
b.14C1MoR钢焊接时,应严格控制焊接规范，做好焊后 去氢消应热处理,可提高焊接接头韧性，获得高质量的焊接接头。
,
摘要:根据14CrIMoR钢焊接性特点，为避免在焊接过程中出现冷裂纹、回火脆性等问题,对武汉钢铁厂研制的一种 新型高韧性14Cr1MoR钢的焊接性和焊接接头性能进行了试验研究,为今后大力推广此材料的应用提供了科学依据。
关键词: 14Cr1MoR钢:焊接:焊接接头性能
Welding of 14Cr1MoR steel 舞钢（师磊152-9076+5221）
WANG Shun-hua'-XUE Wei'
(1.School of Mechanic-electronie Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China; 2.Lanzhou LSMachinery Equipment Co,, Ltd..Lanzhou 730050, China)
A bstracts Base on the welding characteristics of 14CrI MoR stethe weldability and the welding joint's performance about a newkind of high-toughness, 14Cr1MoR steel produced in Wuhan Steel and lron Works have been tested and studied to avoid cold andtemper britenenesit provides a scientifie evidence for the popularization of using this kind of welding material in the future.
Key words: 14Cr1MoR steelt weldability: welding joint's performance
随着炼油I业的发展,炼油加氢工艺已成为石油炼制的常用工艺,而采用此工艺,炼油厂的加氢设备诸如催化重整、加氢精制.加氢脱硫.加氢裂化等是必不可少的。加氢设备在高温.高压和氢介质的条件下工作,操作条件相当苛刻,因此,此类设备用钢不仅要求有良好的常温力学性能、高温力学性能，而且要求有良好的抗氢腐蚀性能以前,此类设备用钢材料一般均从国外进口,费用昂责,生产成本高，采购周期长,增加产品制造周期。为此,武汉钢铁厂研制出-种新型的高韧性14Cr1MoR钢,这种钢主要用于制造壁温小于或等于550 C的加氢反应器换热器,中温变换炉等锅炉压力容器,与进口钢材1.25Cr-0.5Mo钢性能相当,对武钢生产的14Cr1MoR钢焊接性和焊接接头性能进行了试验研究,为大力推广此材料的应用提供了科学依据。
1 14Cr1MoR钢板的性能
14Cr1MoR钢的化学成分见表1,机械性能见表2.
2 14Cr1MoR 钢的焊接性试验
从14GrIMoR钢板的化学成分不难看出,该材料具有一定的冷裂倾向。为此,进行了热影响区硬度试验、斜Y型坡口对接裂纹试验、十字接头抗裂纹试验.T字型热裂纹试验,对其材料的焊接性进行了试验研究。
2.1热影响区 硬度试验2.1.1焊接 热影响区硬度估算
焊接热影响区硬度与钢中碳的质量百分比有关,在一定程度上反映了该钢的冷裂倾向。根据常用的热影响区硬度的经验公式
HVm=90+1 050C+47Si+75Mn+30Ni+31Cr.可计算出14CrIMoR钢的焊接热影响区理论硬度值(HV10).上限为401, 下限为353。
2.1.2焊接热影响区硬度试验
按照国际焊接学会推荐，当HV10的硬度大于350时,即认为有淬硬倾向和有热影响区冷裂纹.按CB4675.5《焊接性试验焊接热影响区硬度试验方法》标准,分别对试板不预热(环境温度为26 C)、预热100C、预热150C3种状态进行了热影响区硬度测定。14Cr1MoR钢在不预热的条件下施焊热影响区硬度为413,当预热温度从100-150 C逐步升高时,热影响区的硬度从413逐步降至342，由此看出,提高焊接预热温度可有效地降低热影响区的淬硬程度。
2.2斜Y型坡口对接裂纹试验
试验试板厚度8为46 mm,状态为正火+回火，以CB4675.1《焊接性试验斜Y型坡口对接裂纹试验方法》标准为依据，分别对3对试样在不预热、预热100C.预热150C3种状态下焊接,试样焊后放置48h后检查,见表3.
从试验情况看,随着预热温度的提高,焊接裂纹减少，当预热温度不低于150 C时可完全避免产生焊接裂纹。
2.3十字接头抗裂纹试验
该试验主要用于评定热影响区的冷裂纹倾向。试件制备如图la所示。该试验按图la装配,按图1b顺序在室温状态(室温为26 C)下焊试验焊缝,4条焊缝方向一-样,采用船形位置焊接,焊脚K为10 mm,埋弧自动焊,焊接电流500-550 A,焊接电压32-34 V,焊接速度20mh,焊丝直径φ 4.0, 牌号US511N,焊剂PF-200,不预热,每道焊缝焊接完后，需待冷却到室温状态时方可焊下一道焊缝。
试样焊后放置48h后进行检测和解剖。从试验情况看,热影响区裂纹率为90%,冷裂纹倾向较大,焊接时应采取一-定的工艺措施.焊接裂纹率为50%。2.4 T 字型热裂纹试验
试验试板厚度8为46 mm,状态为正火+回火,以CB4675.3《焊接性试验T字型热裂纹试验方法》标准为依据,采用船形位置进行T型接头角焊缝焊接,焊条CMA- 96MB,待试件冷却后着色检查焊缝,无裂纹。
3焊接接头性能试验3.1
焊接方法
根据加氢装置制造要求,焊接14Cr1MoR钢常采用手工电弧焊和埋弧自动焊2种焊接方法.为此，对采用此2种焊接方法焊制的焊接接头进行详细试验,如图2.图3所示。试板规格为: 14Cr1MoR,1000x120x46四块, 1000x120x62四块。
3.2 焊接材料
加氢装置用Cr -Mo抗氢钢焊接材料的选用主要应考虑:
a.保证焊缝金属常温和高温性能不低于母材下限.，
b.为了满足高温抗氢腐蚀的要求,焊接材料必须保证所有焊缝中的Cr, Mo质量百分比,特别是Cr的质量百分比不低于母材相应成分的下限。
c.为了改善焊接性能，要尽量降低焊缝中C. ;S.P的质量百分比。
d.为了减小焊缝回火脆性,婴控制焊接材料的Si质量百分比,并限制微量元素Sn.Sh.As等的质量
百分比。
综上考虑,结合兰石厂多年的实践经验,选择日本神钢公司生产的焊材进行试验。其中,手工电弧焊采用o 4.0.5.0两种规格的CMA -96MB焊条,埋弧自动焊采用φ 4.0的US511N焊丝,焊剂为PF- -200。3.3焊前准备
由于14Cr1MoR钢系低合金耐热钢，此类钢的焊接缺陷主要为冷裂纹,产生冷裂纹的3要素之一是扩散氢的作用.护散氯取决于焊缝中氢的质量百分比。因此,焊前对焊丝表面、坡口面和两侧20mm范围内的油、锈、水分及其他脏物一定 婴清除干净,焊条、焊剂严格按烘干工艺烘干,随用随取。
3.4焊前预热、层温的控制以及后热消氢处理和热处理规范
Cr-Mo钢的焊前预热、焊后消氢及热处理是防止焊接畏纹的T要工艺措施,通过前面大量的试验确定14Gr1MoR的预热温度≥150 C,但另一方面,预热温度过高会导致焊缝金属晶粒粗.因此,还应对层间温度控制在150-250 C之间,焊后立即进行(300~350 C)x2 h的消氢处理。
制定14Cr1MoR 钢焊接接头的焊后热处理规范时,婴考虑冶金和工艺特点,焊后热处理应保证焊接接头组织的改善，不应使母材及焊接接头各项力学性能降低到设计所要求的限度,并且提高韧性,降低硬度,消除焊接应力,防止临氢设备现场使用中产生表面裂纹.故14CrIMoR钢焊接完毕,焊后退火热处理规范订为:PWHT.690°+14 Cx24 h;PWHTn 690°+14 Cx6 h.3.5焊接接头性能
焊接接头性能见表3.表4、表5.
4结论
a 14C:1MoR 钢具有一定的淬硬倾向,焊接时预热至150 C以上,可防止产生焊接冷裂纹。
b.14C1MoR钢焊接时,应严格控制焊接规范，做好焊后 去氢消应热处理,可提高焊接接头韧性，获得高质量的焊接接头。