14Cr1MoR钢的焊接性能特点

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,进行了热影响区较高硬度试验、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 较高硬度试验2.1.1焊接 热影响区较高硬度估算
      焊接热影响区较高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较高硬度的经验公式
      HVm=90+1 050C+47Si+75Mn+30Ni+31Cr.可计算出14CrIMoR钢的焊接热影响区理论较高硬度值(HV10).上限为401, 下限为353。
2.1.2焊接热影响区较高硬度试验
      按照国际焊接学会推荐，当HV10的较高硬度大于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较高硬度试验方法》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较高硬度为413,当预热温度从100-150 C逐步升高时,热影响区的较高硬度从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较低限度,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。