1、第第5章章 耐热钢的焊接耐热钢的焊接 5.1 认识耐热钢认识耐热钢 5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接 5.3 中合金耐热钢的焊接中合金耐热钢的焊接返回5.1 认识耐热钢认识耐热钢 一、耐热钢的类型、性能及应用范围一、耐热钢的类型、性能及应用范围(一一)对耐热钢的性能要求对耐热钢的性能要求耐热钢的种类见耐热钢的种类见图图5-1。耐热钢最基本的特性是要求具有高温化学稳。耐热钢最基本的特性是要求具有高温化学稳定性和优良的高温力学性能。定性和优良的高温力学性能。1.高温化学稳定性高温化学稳定性高温化学稳定性主要是指高温抗氧化性，主要取决于钢中的化学成分，高温化学稳定性主要是指高温抗氧化性，
2、主要取决于钢中的化学成分，Cr、Al、Si等可提高钢的抗氧化性。等可提高钢的抗氧化性。Cr是提高抗氧化性的主要元素，是提高抗氧化性的主要元素，能在钢材表面形成致密完整的氧化膜。试验表明能在钢材表面形成致密完整的氧化膜。试验表明:在在650、850、950、1 100条件下，要满足抗氧化性要求，则钢中铬的质量分数条件下，要满足抗氧化性要求，则钢中铬的质量分数要分别达到要分别达到5%、12%、20%和和28。下一页返回5.1 认识耐热钢认识耐热钢2.高温力学性能高温力学性能高温力学性能主要是指热强性，热强性包括高温蠕变极限和持久强度高温力学性能主要是指热强性，热强性包括高温蠕变极限和持久强度两个方
3、面。材料在高温条件下长时间工作，原子扩散能力增强，晶界两个方面。材料在高温条件下长时间工作，原子扩散能力增强，晶界强度降低，有可能使材料在远低于屈服应力时，连续缓慢地产生塑性强度降低，有可能使材料在远低于屈服应力时，连续缓慢地产生塑性变形，并在远低于抗拉强度的应力下断裂。为了提高热强性，采取的变形，并在远低于抗拉强度的应力下断裂。为了提高热强性，采取的主要措施如下。主要措施如下。利用利用Mo、W固溶强化，提高原子间结合力。固溶强化，提高原子间结合力。形成稳定的第二相，主要是碳化物相形成稳定的第二相，主要是碳化物相(WC等等)。因此为提高热强性，。因此为提高热强性，希望适当提高碳的质量分数，如能
4、同时加入强碳化物形成元素希望适当提高碳的质量分数，如能同时加入强碳化物形成元素Nb、V等就更为有效。等就更为有效。减少晶界和强化晶界，如加入微量的合金元素减少晶界和强化晶界，如加入微量的合金元素B、RE等。等。上一页 下一页返回5.1 认识耐热钢认识耐热钢(二二)耐热钢的应用范围耐热钢的应用范围耐热钢广泛用于石油化工工业中的高温管线、反应塔和加热炉、热电耐热钢广泛用于石油化工工业中的高温管线、反应塔和加热炉、热电站的锅炉和汽轮机、汽车和船舶的内燃机、航空航天工业的喷气发动站的锅炉和汽轮机、汽车和船舶的内燃机、航空航天工业的喷气发动机、核能动力装置等高温装置。机、核能动力装置等高温装置。正确地选
5、用耐热钢种对于保证高温高压设备长期工作的可靠性和经济正确地选用耐热钢种对于保证高温高压设备长期工作的可靠性和经济性具有头等重要的意义，为此应综合考虑下列因素性具有头等重要的意义，为此应综合考虑下列因素:常温和高温短常温和高温短时强度时强度;高温持久强度和蠕变强度高温持久强度和蠕变强度;耐蚀性、抗氢能力和抗氧化耐蚀性、抗氢能力和抗氧化性性;高温脆化高温脆化;可加工性，包括冷、热成形性能，热切割性和焊接可加工性，包括冷、热成形性能，热切割性和焊接性性;成本。成本。在要求抗氧化和高温强度的运行条件下，各种典型耐热钢的极限工作在要求抗氧化和高温强度的运行条件下，各种典型耐热钢的极限工作温度如温度如图图
6、5-2所示。所示。上一页 下一页返回5.1 认识耐热钢认识耐热钢在不同的运行条件下，各种耐热钢允许最高工作温度见在不同的运行条件下，各种耐热钢允许最高工作温度见表表5-1。二、对耐热钢焊接接头性能的基本要求二、对耐热钢焊接接头性能的基本要求对耐热钢焊接接头性能的基本要求取决于所焊设备的运行条件、制造对耐热钢焊接接头性能的基本要求取决于所焊设备的运行条件、制造工艺过程和焊接结构的复杂性。为保证耐热钢焊接结构在高温、高压工艺过程和焊接结构的复杂性。为保证耐热钢焊接结构在高温、高压和各种腐蚀介质条件下长期安全的运行，除了满足常温力学性能要求和各种腐蚀介质条件下长期安全的运行，除了满足常温力学性能要求
7、外，最重要的是必须具有足够的高温性能，具体要求如下。外，最重要的是必须具有足够的高温性能，具体要求如下。1.等热强性等热强性焊接接头应具有与母材金属基本相等的室温强度和高温强度。焊接接头应具有与母材金属基本相等的室温强度和高温强度。上一页 下一页返回5.1 认识耐热钢认识耐热钢2.焊接接头的抗氢性和抗氧化性焊接接头的抗氢性和抗氧化性耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的抗氢性和抗高温氧化性，为耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的抗氢性和抗高温氧化性，为此焊缝金属的主要合金成分应与母材基本一致。此焊缝金属的主要合金成分应与母材基本一致。3.焊接接头组织的稳定性焊接接头组织的稳定性耐热钢焊接接头在制
8、造和使用过程中，长期受到高温、高压的作用，耐热钢焊接接头在制造和使用过程中，长期受到高温、高压的作用，原子的扩散能力增强，要求焊接接头不应产生明显的组织变化，以及原子的扩散能力增强，要求焊接接头不应产生明显的组织变化，以及由此引起的脆变或软化等性能变化。由此引起的脆变或软化等性能变化。4.焊接接头的物理均一性焊接接头的物理均一性耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的物理性能，特别是热膨胀系耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的物理性能，特别是热膨胀系数和热导率应大致相当。否则在高温使用过程中，在焊接接头的界面数和热导率应大致相当。否则在高温使用过程中，在焊接接头的界面处因产生的附加热应力而造成接头
9、早期破坏。处因产生的附加热应力而造成接头早期破坏。上一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接 一、低合金耐热钢的成分与性能特点一、低合金耐热钢的成分与性能特点低合金耐热钢是以低合金耐热钢是以Cr,Mo为主要合金元素的一类合金钢，其室温组为主要合金元素的一类合金钢，其室温组织以珠光体为主，因此又称为珠光体耐热钢。一般情况下，铬的质量织以珠光体为主，因此又称为珠光体耐热钢。一般情况下，铬的质量分数在分数在0.5%9%,钥的质量分数为钥的质量分数为0.5%或或1%，随着使用温度的提，随着使用温度的提高，钢中还加入高，钢中还加入V、W、Nb、Ti、B等微量合金元素，进一步提高热等微量合金元
10、素，进一步提高热强性。合金元素总的质量分数小于强性。合金元素总的质量分数小于13%。常用的低合金耐热钢的合金系统有常用的低合金耐热钢的合金系统有Cr-Mo、Mn-Mo和和Cr-Mo及多元合及多元合金系统，按碳的质量分数可分为低碳低合金耐热钢和中碳低合金耐热金系统，按碳的质量分数可分为低碳低合金耐热钢和中碳低合金耐热钢，工程上使用较多的是低碳低合金耐热钢。按合金化方式可将低碳钢，工程上使用较多的是低碳低合金耐热钢。按合金化方式可将低碳低合金耐热钢分为以下三类。低合金耐热钢分为以下三类。下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接(1)Mo钢钢Mo钢是最早使用的低合金耐热钢，钢是最早使用
11、的低合金耐热钢，Mo的质量分数为的质量分数为0.5%Mo的主要作用是固溶强化，提高钢的热强性。这类钢使用温度超的主要作用是固溶强化，提高钢的热强性。这类钢使用温度超过过450后，容易产生石墨化问题后，容易产生石墨化问题(Fe3C-3Fe+C)，使钢的强度降，使钢的强度降低。故这类钢现在应用很少。低。故这类钢现在应用很少。(2)Cr-Mo钢为了改善钢为了改善Mo钢的石墨化问题，提高钢的组织稳定性，进钢的石墨化问题，提高钢的组织稳定性，进而提高热强性，在而提高热强性，在Mo钢中加入一定量的钢中加入一定量的Cr,Cr能使碳化物具有一定能使碳化物具有一定的热稳定性，阻止石墨化。的热稳定性，阻止石墨化。
12、Cr-Mo钢的使用温度可以提高到钢的使用温度可以提高到550。(3)多元复合合金化的低合金耐热钢这类钢除固溶强化外，钢中加入多元复合合金化的低合金耐热钢这类钢除固溶强化外，钢中加入了了V,Ti,B等微量元素进行时效强化和晶界强化，进一步提高钢的热等微量元素进行时效强化和晶界强化，进一步提高钢的热强性和高温组织的稳定性。其合金系统有强性和高温组织的稳定性。其合金系统有Cr-Mo-V、Cr-Mo-W-V、Cr-Mo-W-V-B和和Cr-Mo-V-Ti-B等。等。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接常用低合金耐热钢的牌号及化学成分见常用低合金耐热钢的牌号及化学成分见表表5-
13、2，力学性能见，力学性能见表表5-3。二、低合金耐热钢的焊接性二、低合金耐热钢的焊接性低合金耐热钢在焊接中出现的问题与低碳调质钢相似，主要问题是焊低合金耐热钢在焊接中出现的问题与低碳调质钢相似，主要问题是焊缝及热影响区淬硬与冷裂纹敏感性、热影响区的软化缝及热影响区淬硬与冷裂纹敏感性、热影响区的软化;大多数低合金大多数低合金耐热钢，因含有耐热钢，因含有Cr、Mo、V、Nb和和Ti等强碳化物形成元素，从而使等强碳化物形成元素，从而使接头的过热区具有不同程度的再热裂纹倾向及明显的回火脆性。接头的过热区具有不同程度的再热裂纹倾向及明显的回火脆性。1.热影响区淬硬性及冷裂纹热影响区淬硬性及冷裂纹低合金耐
14、热钢中的低合金耐热钢中的Cr和和Mo都能显著提高钢的淬硬性，都能显著提高钢的淬硬性，Mo的作用比的作用比Cr的约多的约多50倍。倍。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接它们延迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性。在它们延迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性。在焊接线能量过小时，易出现淬硬组织。含铬量越高，冷却速度越快，焊接线能量过小时，易出现淬硬组织。含铬量越高，冷却速度越快，接头最高硬度越大，在热影响区上可达接头最高硬度越大，在热影响区上可达400 HBW以上，将显著地增以上，将显著地增加焊接接头冷裂纹敏感性。加焊接接头冷裂纹敏感性。2.
15、消除应力裂纹消除应力裂纹(再热裂纹再热裂纹)倾向倾向低合金耐热钢消除应力裂纹倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特低合金耐热钢消除应力裂纹倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特性及其质量分数，同时还取决于焊接参数、焊接应力及热处理工艺。性及其质量分数，同时还取决于焊接参数、焊接应力及热处理工艺。低合金耐热钢中的低合金耐热钢中的Cr、Mo、V、Nb,Ti等元素属于强碳化物元素，若等元素属于强碳化物元素，若结构拘束度较大，那么在消除应力处理或高温下长期使用时，在热影结构拘束度较大，那么在消除应力处理或高温下长期使用时，在热影响区的粗晶区容易出现消除应力裂纹。响区的粗晶区容易出现消除应力裂纹。上一页 下
16、一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接再热消除应力裂纹一般在再热消除应力裂纹一般在500700敏感温度范围内形成，并且出敏感温度范围内形成，并且出现在残余应力较高的部位，如接头咬边、未焊透等应力集中处，这些现在残余应力较高的部位，如接头咬边、未焊透等应力集中处，这些部位在加热过程中，残余应力释放，蠕变变形较大，更容易出现裂纹。部位在加热过程中，残余应力释放，蠕变变形较大，更容易出现裂纹。为了防止消除应力裂纹，可采取下列冶金和工艺措施。为了防止消除应力裂纹，可采取下列冶金和工艺措施。选用高温塑性优于母材的焊接材料，严格控制母材和焊接材料的合选用高温塑性优于母材的焊接材料，严格控制母
17、材和焊接材料的合金成分，特别是要限制金成分，特别是要限制V、Nb、Ti等合金元素的含量到最低的程度。等合金元素的含量到最低的程度。将预热温度提高到将预热温度提高到250以上，道间温度控制在以上，道间温度控制在300左右。左右。采用低线能量焊接工艺和方法，减小接头过热区的宽度，细化晶粒。采用低线能量焊接工艺和方法，减小接头过热区的宽度，细化晶粒。选择合理的热处理工艺，避免在敏感温度区间停留较长时间。选择合理的热处理工艺，避免在敏感温度区间停留较长时间。合理设计接头的形式，降低接头的拘束度。合理设计接头的形式，降低接头的拘束度。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接3.热影
18、响区的软化热影响区的软化低合金耐热钢焊接接头热影响区存在软化问题，软化区的金相组织特低合金耐热钢焊接接头热影响区存在软化问题，软化区的金相组织特征是铁素体加上少量碳化物，硬度明显下降。软化程度与母材焊前的征是铁素体加上少量碳化物，硬度明显下降。软化程度与母材焊前的组织状态、焊接冷却速度和焊后热处理有关。母材合金化程度越高，组织状态、焊接冷却速度和焊后热处理有关。母材合金化程度越高，母材硬度越高，焊后软化程度越严重。焊后高温回火不但不能使软化母材硬度越高，焊后软化程度越严重。焊后高温回火不但不能使软化区的硬度恢复，甚至还会稍有降低，只有经正火区的硬度恢复，甚至还会稍有降低，只有经正火+回火才能消
19、除软化回火才能消除软化问题。问题。软化区的存在对室温性能没有什么不利的影响，但在高温长期静载拉软化区的存在对室温性能没有什么不利的影响，但在高温长期静载拉伸条件下，接头往往在软化区发生破坏。伸条件下，接头往往在软化区发生破坏。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接4.回火脆性回火脆性Cr-Mo耐热钢及焊接接头在耐热钢及焊接接头在370565温度区间长期运行过程中发温度区间长期运行过程中发生渐进的脆变现象称为回火脆性。如生渐进的脆变现象称为回火脆性。如2.25 Cr-Mo钢和钢和lOCrMo910钢钢制造的炼油设备，在制造的炼油设备，在332 432温度下工作温度下工作3
20、0000 h后，其冲击吸后，其冲击吸收功收功40)对应的韧一脆转变温度从对应的韧一脆转变温度从-37提高到提高到60 ，并最终导致灾，并最终导致灾难性脆性断裂事故。难性脆性断裂事故。产生回火脆性的原因，是由于在回火脆性温度范围内长期受热后，杂产生回火脆性的原因，是由于在回火脆性温度范围内长期受热后，杂质元素质元素P、As、Sn、Sb等在奥氏体晶界偏析而引起的晶界脆化。此等在奥氏体晶界偏析而引起的晶界脆化。此外，钢中的外，钢中的Mn、Si也会加剧回火脆化。因此对于基体金属来说，严也会加剧回火脆化。因此对于基体金属来说，严格控制有害杂质元素的含量，同时降低格控制有害杂质元素的含量，同时降低Mn、S
21、i含量是解决回火脆性含量是解决回火脆性的有效途径。的有效途径。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接 三、低合金耐热钢的焊接工艺要点三、低合金耐热钢的焊接工艺要点制定低合金耐热钢焊接工艺时，除防止焊接裂纹外，最重要的是保证制定低合金耐热钢焊接工艺时，除防止焊接裂纹外，最重要的是保证焊接接头的性能，特别是高温性能满足要求。焊接接头的性能，特别是高温性能满足要求。低合金耐热钢一般在预热状态下焊接，焊后大多要进行高温回火处理。低合金耐热钢一般在预热状态下焊接，焊后大多要进行高温回火处理。多层焊时应保持道间温度不低于预热温度。焊接过程中尽量避免中断，多层焊时应保持道间温度不低于
22、预热温度。焊接过程中尽量避免中断，必须中断焊接时，应采取缓冷措施必须中断焊接时，应采取缓冷措施;重新施焊的焊件仍需预热，焊接重新施焊的焊件仍需预热，焊接完毕应将焊件保持在预热温度以上数小时，然后再缓慢冷却。完毕应将焊件保持在预热温度以上数小时，然后再缓慢冷却。1.焊接方法焊接方法低合金耐热钢焊接时，常采用的熔焊方法有焊条电弧焊、埋弧焊、钨低合金耐热钢焊接时，常采用的熔焊方法有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氢弧焊、熔化极气体保护焊和电渣焊。但常以焊条电弧焊为主，埋极氢弧焊、熔化极气体保护焊和电渣焊。但常以焊条电弧焊为主，埋弧焊和气体保护焊的应用也越来越多。弧焊和气体保护焊的应用也越来越多。上一页 下一
23、页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接钨极氢弧焊具有低氢，工艺适应性强，易于实现单面焊双面成形的特钨极氢弧焊具有低氢，工艺适应性强，易于实现单面焊双面成形的特点，多半用于低合金耐热钢管道的封底层焊道或小直径薄壁管的焊接。点，多半用于低合金耐热钢管道的封底层焊道或小直径薄壁管的焊接。钨极氢弧焊时，当母材中钨极氢弧焊时，当母材中Cr的质量分数超过的质量分数超过3%时，焊缝背面应通氢时，焊缝背面应通氢气加以保护，防止焊缝表面氧化。气加以保护，防止焊缝表面氧化。2.焊前准备焊前准备对于一般的低合金耐热钢工件，可以采用各种热切割下料。对于一般的低合金耐热钢工件，可以采用各种热切割下料。为防止
24、厚板热切割边缘的开裂，应采取下列工艺措施。为防止厚板热切割边缘的开裂，应采取下列工艺措施。对于所有厚度的对于所有厚度的2.25Cr-Mo,3Cr-1 Mo型钢和型钢和15mm以上的以上的1.25Cr-0.5Mo钢板，热切割前应将割口边缘预热钢板，热切割前应将割口边缘预热150以上。热切割边缘作以上。热切割边缘作机械加工并用磁粉探伤检查是否存在表面裂纹。机械加工并用磁粉探伤检查是否存在表面裂纹。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接对于对于15mm以下的以下的1.25Cr-0.5Mo钢板和钢板和15mm以上的以上的0.5Mo钢板，钢板，热切割前应预热热切割前应预热100以
25、上。热切割边缘应做机械加工并用磁粉探伤以上。热切割边缘应做机械加工并用磁粉探伤检查是否存在表面裂纹。检查是否存在表面裂纹。对于厚度在对于厚度在15mm以下的以下的0.5Mo钢板，切割前不必预热，切割边缘钢板，切割前不必预热，切割边缘最好经机械加工。最好经机械加工。热切割边缘或坡口表面直接进行焊接时，焊前必须将熔渣和氧化皮清热切割边缘或坡口表面直接进行焊接时，焊前必须将熔渣和氧化皮清理干净。切割面上的缺口应用砂轮修磨圆滑过渡，机械加工的边缘或理干净。切割面上的缺口应用砂轮修磨圆滑过渡，机械加工的边缘或坡口面焊前应清除油迹等污物。坡口面焊前应清除油迹等污物。低合金耐热钢的焊条和焊剂使用之前必须烘干
26、，烘干低合金耐热钢的焊条和焊剂使用之前必须烘干，烘干表表5-4。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接3.焊接材料焊接材料低合金耐热钢焊接材料的选择原则应保证焊缝金属的合金成分、强度低合金耐热钢焊接材料的选择原则应保证焊缝金属的合金成分、强度性能与母材基本一致。焊缝强度不能选得过高，以免使焊缝塑性变差，性能与母材基本一致。焊缝强度不能选得过高，以免使焊缝塑性变差，甚至产生冷裂纹。为了提高焊缝金属的抗热裂能力，焊接材料中碳的甚至产生冷裂纹。为了提高焊缝金属的抗热裂能力，焊接材料中碳的质量分数应略低于母材，其质量分数应略低于母材，其C 0.12%，但不得低于，但不得低于0.
27、07%，否则，否则会造成焊缝金属的冲击韧度、热强性等降低。含碳量对会造成焊缝金属的冲击韧度、热强性等降低。含碳量对10CrMo910钢焊缝金属冲击韧度的影响如钢焊缝金属冲击韧度的影响如图图5-3所示，焊缝金属所示，焊缝金属C=0.08%时的时的韧性明显高于韧性明显高于C=0.05%的焊缝。的焊缝。常用低合金耐热钢的焊接材料可按常用低合金耐热钢的焊接材料可按表表5-5选用。选用。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接4.预热和焊后热处理预热和焊后热处理(1)预热预热是防止低合金耐热钢焊接冷裂纹和消除应力裂纹的有效预热预热是防止低合金耐热钢焊接冷裂纹和消除应力裂纹的有效下艺
28、措施。低合金耐热钢预热温度范围一般为下艺措施。低合金耐热钢预热温度范围一般为80150 ，主要根，主要根据钢材的化学成分、接头拘束度和焊缝金属的扩散氢含量来确定。预据钢材的化学成分、接头拘束度和焊缝金属的扩散氢含量来确定。预热作为焊接参数的组成部分还应与道间温度和焊后热处理一并考虑。热作为焊接参数的组成部分还应与道间温度和焊后热处理一并考虑。在大型焊件焊接时，为防止焊件在焊后热处理之前产生裂纹，最简单、在大型焊件焊接时，为防止焊件在焊后热处理之前产生裂纹，最简单、可靠的措施是将接头做可靠的措施是将接头做23h的低温后热处理。后热处理的温度按钢的低温后热处理。后热处理的温度按钢种和壁厚而定，一般
29、在种和壁厚而定，一般在250300。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接大型焊件局部预热时，必须保证预热宽度大于焊件壁厚的大型焊件局部预热时，必须保证预热宽度大于焊件壁厚的4倍，且不倍，且不能少于能少于150mm。对于重要的结构要保证焊件内外表面均达到规定的。对于重要的结构要保证焊件内外表面均达到规定的预热温度。在厚壁焊件的焊接中，必须注意焊前、焊接过程中、焊接预热温度。在厚壁焊件的焊接中，必须注意焊前、焊接过程中、焊接结束时焊件的预热温度基本保持一致，并将实测预热温度做好记录。结束时焊件的预热温度基本保持一致，并将实测预热温度做好记录。表表5-6为世界各国规定的压力
30、容器和管道用低合金耐热钢的焊接最低为世界各国规定的压力容器和管道用低合金耐热钢的焊接最低预热温度。对于高拘束度的构件如十字形接头，焊接预热温度应高于预热温度。对于高拘束度的构件如十字形接头，焊接预热温度应高于表表5-6所示的所示的50。(2)焊后热处理低合金耐热钢焊件可按钢的性能特点和对接头的性能焊后热处理低合金耐热钢焊件可按钢的性能特点和对接头的性能要求，作如下焊后热处理。要求，作如下焊后热处理。焊接合金成分较低、薄板、采用了低氢低碳焊接材料时，焊后可不焊接合金成分较低、薄板、采用了低氢低碳焊接材料时，焊后可不进行热处理。各国对取消焊后热处理的板厚作如进行热处理。各国对取消焊后热处理的板厚作
31、如表表5-7所示规定。所示规定。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接 580 760范围内回火或去应力退火。范围内回火或去应力退火。正火处理。正火处理。对于低合金耐热钢来说，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，对于低合金耐热钢来说，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，更重要的是改善组织，提高接头的综合性能更重要的是改善组织，提高接头的综合性能(包括提高接头的高温蠕包括提高接头的高温蠕变强度、组织稳定性、降低焊缝及热影响区的硬度等变强度、组织稳定性、降低焊缝及热影响区的硬度等)。为此，选择。为此，选择热处理参数时，应尽量避免在回火脆性及消除应力裂纹敏感温度范围热
32、处理参数时，应尽量避免在回火脆性及消除应力裂纹敏感温度范围内进行，并规定在危险区间内快速加热。内进行，并规定在危险区间内快速加热。表表5-8为各国对低合金耐热为各国对低合金耐热钢焊件规定的最低焊后热处理温度。钢焊件规定的最低焊后热处理温度。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接一、一、15 CrMo钢的焊接钢的焊接该钢的焊接性能较好，其他加工性能尚可。在火电厂锅炉、管道中应该钢的焊接性能较好，其他加工性能尚可。在火电厂锅炉、管道中应用较为广泛，用它可制造用较为广泛，用它可制造530高压锅炉过热器管、蒸汽导管和石化高压锅炉过热器管、蒸汽导管和石化容器等。焊接时可采用焊条电
33、弧焊、熔化极气体保护焊和埋弧焊等，容器等。焊接时可采用焊条电弧焊、熔化极气体保护焊和埋弧焊等，焊接材料的选择见焊接材料的选择见表表5-5。焊条和焊剂在使用前应按规定进行高温烘。焊条和焊剂在使用前应按规定进行高温烘干。当焊件壁厚大于干。当焊件壁厚大于20mm时，预热温度应在时，预热温度应在120以上，焊接过程以上，焊接过程中，焊件应保持道间温度不低于最低预热温度中，焊件应保持道间温度不低于最低预热温度120。上一页 下一页返回5.2 低合金耐热钢的焊接低合金耐热钢的焊接二、二、12Cr1MoV钢的焊接钢的焊接此种钢是在此种钢是在Cr-Mo钢的基础上加入了钢的基础上加入了V=0.15%0.3%的耐
34、热钢，的耐热钢，该种钢具有较高的热强性，其极限工作温度为该种钢具有较高的热强性，其极限工作温度为580。虽然其合金成。虽然其合金成分高于分高于15 CrMo钢，但碳的质量分数较低，焊接性与钢，但碳的质量分数较低，焊接性与15 CrMo钢差不钢差不多。当焊件厚度超过多。当焊件厚度超过10 min时，焊前预热温度应在时，焊前预热温度应在150以上。焊接以上。焊接方法及焊接材料的选择见方法及焊接材料的选择见表表5-5。焊条和焊剂必须严格烘干，并保持。焊条和焊剂必须严格烘干，并保持低氢的焊接条件。焊件道间温度应不低于规定的最低预热温度。焊件低氢的焊接条件。焊件道间温度应不低于规定的最低预热温度。焊件厚
35、度超过厚度超过60 min时，焊后应立即做消氢处理。厚度大于时，焊后应立即做消氢处理。厚度大于6 min的高温的高温高压管件焊后应做高压管件焊后应做730750的热处理的热处理上一页返回5.3 中合金耐热钢的焊接中合金耐热钢的焊接一、中合金耐热钢的化学成分和力学性能一、中合金耐热钢的化学成分和力学性能中合金耐热钢的主要合金元素是中合金耐热钢的主要合金元素是Cr，其使用性能主要取决于，其使用性能主要取决于Cr含量，含量，含量愈高，耐高温性能和抗高温氧化性能愈好。为进一步提高蠕变强含量愈高，耐高温性能和抗高温氧化性能愈好。为进一步提高蠕变强度和抗回火脆性，还加入少量的度和抗回火脆性，还加入少量的M
36、o元素元素(0.5%1.0%;为改善其焊接为改善其焊接性，在降低碳含量的同时，也加入性，在降低碳含量的同时，也加入W、V、Ti和和Nb等元素。等元素。近年来已经研制出多种焊接性尚可的低碳多元中合金耐热钢，如近年来已经研制出多种焊接性尚可的低碳多元中合金耐热钢，如C为为0.19%的的9Cr1MoVNb和和9Cr1MoWVNb等钢，其性能填补了低合等钢，其性能填补了低合金珠光体耐热钢和高合金奥氏体耐热钢之间的空白。这些抗氧化性和金珠光体耐热钢和高合金奥氏体耐热钢之间的空白。这些抗氧化性和耐热性良好的中合金耐热钢在高温高压锅炉和炼油高温设备中，部分耐热性良好的中合金耐热钢在高温高压锅炉和炼油高温设备
37、中，部分取代了高合金奥氏体耐热钢。取代了高合金奥氏体耐热钢。下一页返回5.3 中合金耐热钢的焊接中合金耐热钢的焊接常用的中合金耐热钢的标准化学成分和力学性能分别列于常用的中合金耐热钢的标准化学成分和力学性能分别列于表表5-9和和表表5-10。中合金耐热钢由于其合金元素含量高，具有相当高的空淬特性。为保中合金耐热钢由于其合金元素含量高，具有相当高的空淬特性。为保证其优良的综合力学性能，钢材轧制成材后，必须做相应的热处理。证其优良的综合力学性能，钢材轧制成材后，必须做相应的热处理。这些热处理包括这些热处理包括:等温退火、完全退火和正火加回火。等温退火、完全退火和正火加回火。二、中合金耐热钢的焊接性
38、二、中合金耐热钢的焊接性中合金耐热钢都有较高的淬硬倾向。一般情况下，焊缝和热影响区的中合金耐热钢都有较高的淬硬倾向。一般情况下，焊缝和热影响区的组织为马氏体。焊态接头热影响区和焊缝马氏体的硬度取决于母材的组织为马氏体。焊态接头热影响区和焊缝马氏体的硬度取决于母材的成分、焊前预热、焊后热处理的温度范围和冷却条件。成分、焊前预热、焊后热处理的温度范围和冷却条件。降低淬硬性的有效措施如下。降低淬硬性的有效措施如下。上一页 下一页返回5.3 中合金耐热钢的焊接中合金耐热钢的焊接(1)泽低含碳量降低同时适当提高钢中的泽低含碳量降低同时适当提高钢中的Mo和和V等合金元素，在保证等合金元素，在保证焊接性的同
39、时，又能获得足够的高温强度。如低碳焊接性的同时，又能获得足够的高温强度。如低碳9Cr一一2Mo钢的焊钢的焊接性优于接性优于9Cr-2Mo钢。钢。(2)焊前预热和焊后热处理当焊前预热和焊后热处理当C为为0.1%0.2%时，预热温度应适当时，预热温度应适当低于低于Ms并保证层间温度在并保证层间温度在230以上，焊后将工件冷却到以上，焊后将工件冷却到100125，使部分未转变的残余奥氏体转变为马氏体，之后立即，使部分未转变的残余奥氏体转变为马氏体，之后立即将焊件在将焊件在720780进行回火处理进行回火处理;当当C低于低于 0.1%时，同样预热时，同样预热温度应适当低于温度应适当低于Ms并保证层间温
40、度在并保证层间温度在230以上，焊后将工件冷却到以上，焊后将工件冷却到室温，残余奥氏体完全转变为马氏体，之后立即将焊件在室温，残余奥氏体完全转变为马氏体，之后立即将焊件在750 温度温度进行回火处理。进行回火处理。上一页 下一页返回5.3 中合金耐热钢的焊接中合金耐热钢的焊接如如9Cr-1 MoVNb钢焊态焊缝金属和热影响区的硬度都超过了钢焊态焊缝金属和热影响区的硬度都超过了HV400，经过经过750温度下温度下0.52h时间的焊后处理后，焊缝金属和热影响区的时间的焊后处理后，焊缝金属和热影响区的硬度都降到硬度都降到HV250以下，满足了防止冷裂纹的要求。以下，满足了防止冷裂纹的要求。一、中合
41、金耐热钢的焊接工艺一、中合金耐热钢的焊接工艺1.焊接方法焊接方法中合金耐热钢由于淬硬倾向和裂纹倾向较高，应优先选择低氢的焊接中合金耐热钢由于淬硬倾向和裂纹倾向较高，应优先选择低氢的焊接方法。如钨极氢弧焊和熔化极气体保护焊等。在厚壁焊件中，可选择方法。如钨极氢弧焊和熔化极气体保护焊等。在厚壁焊件中，可选择焊条电弧焊、埋弧焊和电渣焊。但必须采用碱性药皮焊条和焊剂。焊条电弧焊、埋弧焊和电渣焊。但必须采用碱性药皮焊条和焊剂。2.焊前准备焊前准备中合金耐热钢热切割之前，必须将切割边缘中合金耐热钢热切割之前，必须将切割边缘200mm宽度内预热到宽度内预热到150以上。以上。上一页 下一页返回5.3 中合金
42、耐热钢的焊接中合金耐热钢的焊接切割面应采用磁粉探伤检查是否存在裂纹，焊接坡口应机械加工，坡切割面应采用磁粉探伤检查是否存在裂纹，焊接坡口应机械加工，坡口面上的热切割硬化层应清理干净，必要时应做表面硬度测定并加以口面上的热切割硬化层应清理干净，必要时应做表面硬度测定并加以鉴别。鉴别。接头坡口形式和尺寸的设计原则是尽量减少焊缝的横截面面积。在保接头坡口形式和尺寸的设计原则是尽量减少焊缝的横截面面积。在保证焊缝根部焊透的前提下应尽量减小坡口角度和减小证焊缝根部焊透的前提下应尽量减小坡口角度和减小U形坡口底部圆形坡口底部圆角半径，缩小坡口宽度，这样可以在短时间内完成焊接过程，容易实角半径，缩小坡口宽度
43、，这样可以在短时间内完成焊接过程，容易实现等温焊接工艺。现等温焊接工艺。3.焊接材料焊接材料中合金耐热钢的焊接材料选择原则是在保证焊接接头具有与母材相当中合金耐热钢的焊接材料选择原则是在保证焊接接头具有与母材相当的高温蠕变极限和抗氧化性的前提下，改善其焊接性。其方案有两种的高温蠕变极限和抗氧化性的前提下，改善其焊接性。其方案有两种:一是选用高铬镍奥氏体焊接材料一是选用高铬镍奥氏体焊接材料;二是选择与母材化学成分相近的中二是选择与母材化学成分相近的中合金耐热钢焊接材料。合金耐热钢焊接材料。上一页 下一页返回5.3 中合金耐热钢的焊接中合金耐热钢的焊接选用高铬镍奥氏体焊接材料是防止热影响区裂纹的有
44、效措施，且工艺选用高铬镍奥氏体焊接材料是防止热影响区裂纹的有效措施，且工艺简单，焊前无须预热，焊后无须热处理。但由于简单，焊前无须预热，焊后无须热处理。但由于Cr-Ni奥氏体焊缝金奥氏体焊缝金属的热膨胀系数与中合金耐热钢的热膨胀系数相比有较大的区别，高属的热膨胀系数与中合金耐热钢的热膨胀系数相比有较大的区别，高温长期运行时，接头始终处于较高的热应力状态下，导致这种接头的温长期运行时，接头始终处于较高的热应力状态下，导致这种接头的持久寿命比用中合金耐热钢焊接材料焊接所获得的接头的短。持久寿命比用中合金耐热钢焊接材料焊接所获得的接头的短。4.预热和焊后热处理预热和焊后热处理中合金耐热钢的预热和焊后
45、热处理是焊接过程中不可缺少的重要工序。中合金耐热钢的预热和焊后热处理是焊接过程中不可缺少的重要工序。预热是防止裂纹，降低接头硬度和焊接应力以及提高韧性的有效措施。预热是防止裂纹，降低接头硬度和焊接应力以及提高韧性的有效措施。表表5-11为各国规定和推荐的压力容器和管道的最低预热温度。为各国规定和推荐的压力容器和管道的最低预热温度。上一页 下一页返回5.3 中合金耐热钢的焊接中合金耐热钢的焊接焊后热处理的目的在于改善焊缝金属及其热影响区的组织，使淬火马焊后热处理的目的在于改善焊缝金属及其热影响区的组织，使淬火马氏体转变成回火马氏体，降低接头区的硬度，提高其韧性、变形能力氏体转变成回火马氏体，降低
46、接头区的硬度，提高其韧性、变形能力和高温持久强度并消除内应力。焊后热处理的方式有和高温持久强度并消除内应力。焊后热处理的方式有:完全退火、高完全退火、高温回火和回火温回火和回火+等温退火等。等温退火等。表表5-12为各国中合金耐热钢制造法规要求的焊后热处理的温度范围。为各国中合金耐热钢制造法规要求的焊后热处理的温度范围。二、中合金耐热钢焊接实例二、中合金耐热钢焊接实例中合金耐热钢焊接接头具有相当高的蠕变强度，已在许多大型动力工中合金耐热钢焊接接头具有相当高的蠕变强度，已在许多大型动力工程中逐步取代低合金耐热钢厚壁部件，并取得了可观的经济效益。程中逐步取代低合金耐热钢厚壁部件，并取得了可观的经济
47、效益。9Cr-MoWVNb钢厚壁焊件对接接头焊条电弧焊的焊接工艺规程见钢厚壁焊件对接接头焊条电弧焊的焊接工艺规程见表表5-13。上一页返回图图5-1 耐热钢的种类耐热钢的种类返回图图5-2 各种耐热钢的极限工作温度各种耐热钢的极限工作温度返回表表5-1 不同运行条件下，各种耐热钢不同运行条件下，各种耐热钢允许最高工作温度允许最高工作温度返回表表5-2 常用低合金耐热钢的化学成分常用低合金耐热钢的化学成分(质量分数质量分数)返回表表5-3 常用低合金耐热钢的力学性能常用低合金耐热钢的力学性能下一页表表5-3 常用低合金耐热钢的力学性能常用低合金耐热钢的力学性能(续续)返回表表5-4 常用耐热钢焊
48、条和焊剂的烘干常用耐热钢焊条和焊剂的烘干温度温度下一页返回表表5-4 常用耐热钢焊条和焊剂的烘干常用耐热钢焊条和焊剂的烘干温度（续）温度（续）图图5-3 碳含量对碳含量对10CrMo910钢焊缝金钢焊缝金属缺口冲击韧度的影晌属缺口冲击韧度的影晌返回表表5-5 低合金耐热钢焊接材料选用表低合金耐热钢焊接材料选用表返回表表5-6 各国压力容器规定的低合金耐各国压力容器规定的低合金耐热钢焊接最低预热温度热钢焊接最低预热温度下一页返回表表5-6 各国压力容器规定的低合金耐各国压力容器规定的低合金耐热钢焊接最低预热温度（续）热钢焊接最低预热温度（续）表表5-7 取消焊后热处理的最大板厚取消焊后热处理的最
49、大板厚返回表表5-8 各国规定的低合金耐热钢焊件各国规定的低合金耐热钢焊件最低焊后热处理温度最低焊后热处理温度返回表表5-9 常用中合金耐热钢的标准化学常用中合金耐热钢的标准化学成分成分(GB5310-1995,GB9948-1988)返回表表5-10 常用中合金耐热钢的标准力学常用中合金耐热钢的标准力学性能指标性能指标返回表表5-11 各国规定和推荐的压力容器和各国规定和推荐的压力容器和管道的最低预热温度管道的最低预热温度返回表表5-12 各国规定的中合金耐热钢焊后各国规定的中合金耐热钢焊后热处理温度热处理温度返回表表5-13 9Cr-MoWVNb钢对接环缝焊条钢对接环缝焊条电弧焊焊接工艾规程电弧焊焊接工艾规程返回
