國產(chǎn)特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板焊接工藝評定試驗(yàn)研究

吳曄華(威海石島重工有限公司，山東威海 264309）

吳北良(沈陽清華鍋爐有限公司，遼寧沈陽 110027）

國產(chǎn)特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板焊接工藝評定試驗(yàn)研究

吳曄華(威海石島重工有限公司，山東威海 264309）

吳北良(沈陽清華鍋爐有限公司，遼寧沈陽 110027）

本文采用埋弧焊進(jìn)行了國產(chǎn)198mm特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板的焊接工藝評定試驗(yàn),對其焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了測試評定。通過選擇合理的焊接參數(shù)、焊前預(yù)熱、中間消應(yīng)處理、焊后熱處理等工藝措施，評定出了良好的接頭性能，為公司做好了技術(shù)儲(chǔ)備。

國產(chǎn)；厚板；埋弧焊；工藝評定

在加氫脫硫、加氫裂化裝置中，反應(yīng)器等設(shè)備的母材主要是214Cr-1Mo（國標(biāo)：12Cr2Mo1R）鋼。近年來，隨著加工油品日趨重質(zhì)化或超重質(zhì)化,生產(chǎn)裝置和設(shè)備日趨大型化，對214Cr-1Mo厚板的需求也越來越多。

重大技術(shù)裝備的國產(chǎn)化，是我國的一項(xiàng)長期戰(zhàn)略任務(wù)。經(jīng)過多年努力，我國的高壓加氫設(shè)備國產(chǎn)化工作已取得了豐碩成果。我公司利用舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司自主研發(fā)的198mm特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板開展了焊接工藝評定試驗(yàn),響應(yīng)國家厚板國產(chǎn)化號召的同時(shí)，又為后期焊接工藝評定的儲(chǔ)備工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 埋弧焊焊接工藝評定試驗(yàn)

12 Cr2Mo1R（H）鋼板是以Cr、Mo為主要合金元素的低合金結(jié)構(gòu)鋼，它不僅具有良好的抗氧化性和熱強(qiáng)性，還具有一定的抗硫和氫耐蝕能力。但這種鋼的淬硬傾向較大，焊接時(shí)在焊縫和熱影響區(qū)易產(chǎn)生硬而脆的馬氏體組織，而且還有很大的內(nèi)應(yīng)力，容易產(chǎn)生冷裂紋，而且在熱處理后容易產(chǎn)生再熱裂紋。與普通的合金鋼相比，制定12Cr2Mo1R（H）鋼板的焊接工藝時(shí)，除防止焊接裂紋外，最重要的是保證焊接接頭性能。

焊接材料的選用原則是焊縫金屬的合金成分、強(qiáng)度性能應(yīng)基本與母材保持一致。若二者成分相差太大，產(chǎn)品焊接接頭在長期高溫的工作狀態(tài)下，會(huì)因成分不同導(dǎo)致合金元素的擴(kuò)散，使高溫接頭性能不穩(wěn)定。焊縫強(qiáng)度不能選的過高，以免使塑性變差，冷彎角變小，甚至形成裂紋[1]。

1.1 試驗(yàn)材料

母材：舞陽鋼鐵12Cr2Mo1R（H），試板厚度為198mm。焊接材料：日本神戶制鋼US-521S+PF-200，Φ4.0mm。

1.2 焊接試驗(yàn)過程

（1）將試板坡口及附近20mm范圍內(nèi)處理干凈后，100%MT檢測。

（2）組對，采用電加熱器預(yù)熱到160-250℃，試板坡口如圖1所示。

圖1 試板坡口形狀示意圖

（3）焊接工藝參數(shù)見表1。

表1 焊接參數(shù)

（4）層間溫度控制在160-300℃。

（5）背面采用碳弧氣刨清根，并用機(jī)械打磨見金屬光澤后，100%MT檢測。

（6）試板焊后立即進(jìn)行(300-350)℃×2h的消氫處理。

（7）中間消應(yīng)處理(620±20)℃×2h。

（8）焊縫打磨后進(jìn)行100%UT、100%RT,焊縫表面100%MT檢測，合格。

（9）試板在熱處理爐內(nèi)進(jìn)行690℃×34h焊后熱處理。

1.3 試板理化試驗(yàn)

1.3.1 焊縫熔敷金屬化學(xué)成分

采用濕法對焊縫金屬進(jìn)行化學(xué)成分分析，其化學(xué)成分見表2。

表2 焊縫熔敷金屬化學(xué)成分（%）

回火脆化敏感性系數(shù)X=（10P+5Sb+4Sn+As）×10-2= 7.99ppm≤15ppm

1.3.2 焊接接頭板狀拉伸試驗(yàn)

受試驗(yàn)機(jī)能力限制，采用分層取樣，共兩組，每組六件。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 焊接接頭板狀拉伸試驗(yàn)

1.3.3 焊接接頭圓形拉伸試驗(yàn)

焊接接頭的常溫、454℃圓形拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 焊接接頭圓形拉伸試驗(yàn)

1.3.4 焊接接頭彎曲試驗(yàn)

受試驗(yàn)機(jī)能力限制，采用分層取樣，共四組，每組四件，試樣尺寸為40mm×10mm×300mm，D=4a，L=6.2a，α=180°，試驗(yàn)結(jié)果無裂紋。

1.3.5 沖擊試驗(yàn)

焊縫、母材和熱影響區(qū)的夏比（V形缺口）沖擊試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 沖擊試驗(yàn)

1.3.6 焊接接頭硬度（HV10）試驗(yàn)

在T/4處測量焊縫、熱影響區(qū)、母材的硬度，測定結(jié)果見表6。

表6 T/4處硬度（HV

1.3.7 焊接接頭金相檢驗(yàn)

（1）宏觀金相：在受檢面上未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋和未熔合等焊接缺陷，見照片1。

照片1低倍組織形貌

（2）微觀金相：金相組織為粒狀貝氏體，見照片2。

照片2金相組織

2 結(jié)語

按照合理的焊接工藝規(guī)范進(jìn)行的埋弧焊焊接工藝評定試驗(yàn)，得到了良好的焊接接頭強(qiáng)度、塑性和韌性。國產(chǎn)特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板焊接工藝評定試驗(yàn)的成功,解決了使用進(jìn)口鋼板的制造周期長、生產(chǎn)成本高等問題。使用國產(chǎn)鋼板將給公司未來產(chǎn)品的生產(chǎn)帶來更大的選擇空間和經(jīng)濟(jì)利益。

[1]丁宏.珠光體耐熱鋼的焊接工藝評定內(nèi)容及焊接控制[C]//全國工業(yè)爐學(xué)術(shù)年會(huì).2011.