CrMo鋼管的焊后熱處理工藝

1、.15CrMo鋼管的焊后熱處理工藝?焊接?!一rMo管酶盾雅理鎣重慶JJI維建安工程有限公司(401254)李熙莉目前,在石油化工行業(yè)低合金耐熱鋼的應(yīng)用越來(lái)越普遍,特別是CrMo型耐熱鋼.由于這類鋼含有一定量的碳和合金元素.所以焊接時(shí)有一定的淬硬傾向,在較大拘束應(yīng)力作用下,容易產(chǎn)生冷裂紋,焊接性較差.因此,焊前必須進(jìn)行預(yù)熱.焊后為了加速擴(kuò)散氫的逸出,必須進(jìn)行焊后熱處理:由于珠光體和馬氏體耐熱鋼具有形成延遲裂紋的傾向,因此,熱處理必須在焊后立即進(jìn)行,否則必須進(jìn)行中問(wèn)熱處理或消氫處理.我廠安裝的甲醇輸送管線,其中蒸汽管線部分材料為15CrMo.由于是現(xiàn)場(chǎng)施工,所以焊接前預(yù)熱以及焊后熱處理只能用火焰

2、加熱和用電加熱器進(jìn)行局部熱處理.通過(guò)這樣處理的管線,焊接接頭及熱影響區(qū)沒(méi)有裂紋及延遲裂紋產(chǎn)生,各個(gè)焊口均一次焊接合格.1.15CrMo鋼的化學(xué)成分廈力學(xué)性能15CrMo鋼的化學(xué)成分見表1.15CrMo鋼的力學(xué)性能見表2裹1化學(xué)成分(質(zhì)分?jǐn)?shù))(%)CSMnSPCrNiMoI其他0.120I7040080040Co0040040<0250.180.370701l0055<003裹2力學(xué)性能熱處理鋼號(hào)baK/備注狀態(tài)v【Pa/MPa(96)(%)J?crn930960正火24”Ci15o4帥>/22520680730回火從上表中可看出這種材質(zhì)的鋼材屬空淬鋼,

3、鋼的力學(xué)性能在很大程度上取決于鋼的熱處理狀態(tài)對(duì)壓力容器和管道來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的許用應(yīng)力值均以完全熱處理狀態(tài)材料所達(dá)到的強(qiáng)度性能為基礎(chǔ);在設(shè)備制造及管道安裝中,各種加工工藝及焊接等都將改變鋼材的原始狀態(tài)強(qiáng)度和韌性,因此只有通過(guò)最終熱處理才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的材料性能.我們討論的主要是管道焊接前后如何進(jìn)行熱處楓.I-At熱抽I)2001年第8鶿理來(lái)保證材料的力學(xué)性能.為了更準(zhǔn)確地分析15CrMo鋼的熱處理工藝,有必要先討論這種鋼材焊接時(shí)的特點(diǎn).2.15CrMo鋼的焊接特點(diǎn)l5CrMo鋼在焊接時(shí)一般有以下特點(diǎn):(1)淬硬性鋼的淬硬性取決于它的碳含量及合金成分含量.15CrMo鋼中的主要合金元素鉻和鉬都

4、能顯著提高鋼的淬硬性.特別是鉬的作用,比鉻約大5O倍.這些合金元素推遲了鋼在冷卻過(guò)程中的轉(zhuǎn)變,提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性.(2)消除應(yīng)力處理裂紋傾向15CrMo鋼焊接接頭消除應(yīng)力裂紋傾向主要取決于鋼中碳化物形成元素的特性及含量,它常產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的粗晶段.這種裂紋一般在500700溫度范圍內(nèi)形成.采用焊前預(yù)熱和焊后合理的熱處理工藝,避免在敏感溫度區(qū)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就能防止裂紋的產(chǎn)生.(3)回火脆?性回火脆?性指鋼材及其焊接接頭在350500溫度區(qū)域長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生劇烈脆變的現(xiàn)象.3.15CrMo鋼的熱處理為了保證母材及焊縫的性能除了在焊接工藝上控制外,對(duì)母材焊前進(jìn)行預(yù)熱以及焊后制定合理的熱處理

5、方案是十分關(guān)鍵的.焊前預(yù)熱是防止鋼材在焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋和消除應(yīng)力裂紋的有效措施之一.對(duì)于預(yù)熱的溫度選擇應(yīng)依據(jù)鋼材中的合金含量而定.對(duì)15CrMo鋼管根據(jù)管壁的厚度選擇預(yù)熱溫度,一般預(yù)熱溫度在150300之間,并控制焊接的層間溫度在預(yù)熱溫度以上.預(yù)熱溫度過(guò)高,在最終組織中易形成馬氏體組織;在焊接時(shí)如果氫含量過(guò)高,就易形成焊接接頭裂紋.為防止接頭裂紋的產(chǎn)生一般采取在焊后立即進(jìn)行低溫后熱處理,可基本消除焊縫中的擴(kuò)散氫,保證接頭質(zhì)量,這種處理也稱為消氫處理.消氫處理溫度一般在300350.焊后熱處理不僅能消除焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力,而且更重要的是能改善母材的組織,提高接頭的綜合力學(xué)性能同時(shí)也能提

6、高焊接接頭的高溫蠕變強(qiáng)度和組織的穩(wěn)定性,降低焊縫及熱影響37?區(qū)的硬度.焊后熱處理分整體熱處理和局部熱處理.在管道安裝中焊后熱處理一般采用局部熱處理即用電加熱帶纏繞焊縫,外纏保溫層進(jìn)行保溫的熱處理方法.(L)15CrMo管線焊接位置筒圖(見圖L).注:圖上所標(biāo)數(shù)字表示焊縫位置苧:艙監(jiān)圖總長(zhǎng):240m一(2)熱處理工藝預(yù)熱熱處理工藝曲紱見圖2.消氫熱處理工藝曲線見圖3.最終焊后消除應(yīng)力熱處理工藝曲線見圖4.在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一般采取局部預(yù)熱的方法就能達(dá)到預(yù)熱的效果預(yù)熱范圍一般為焊縫兩側(cè)各不小于焊件厚度的3倍,且不小于lOOrnm.消氫處理在焊后要求立即進(jìn)行,用火焰加熱到300-350后立即用保溫棉纏繞管

7、線保溫,緩冷至室溫.最終熱處理在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采取履帶式加熱器局部熱處理的方法.硝臻l.3D0350I上,下對(duì)稱安裝兩只熱電偶,熱電偶安裝在靠近焊縫邊緣的30mm以內(nèi),加熱器纏繞在焊縫上,寬度以焊縫中心為基準(zhǔn)每側(cè)不小于焊縫寬度的3倍.加熱器外用細(xì)鐵絲捆扎硅酸鋁保溫棉進(jìn)行保溫,保溫棉寬以焊縫中心為基準(zhǔn)每側(cè)不小于焊縫寬度的6倍,并要求將未密封管口用保溫棉包扎密閉,以保證升溫和冷卻的溫度梯度達(dá)到工藝的要求.保溫時(shí)間根據(jù)管壁厚度而定,一般每毫米保溫L5min,且不小于60rain.并要求嚴(yán)格按工藝控制加熱和冷卻的速度.圖51.鋼管2.保溫棉3.加熱器4.檢查結(jié)果及結(jié)論管道所有焊縫經(jīng)檢驗(yàn)均為一次焊接合格.母材

8、,焊縫及熱影響區(qū)硬度符合管道安裝標(biāo)準(zhǔn)的要求綜上分析可知,CrMo鋼在用于管道安裝時(shí),制定合理的熱處理工藝是非常重要的,工藝的合理性是保證鋼材在焊接時(shí)不產(chǎn)生裂紋及延遲裂紋,安裝出優(yōu)質(zhì)工程的前提條件.(20010518)時(shí)司r/min圖2圖.日本鋼結(jié)構(gòu)新技術(shù)報(bào)告會(huì)在京舉行圖4(3)熱處理方式管道對(duì)接焊縫的熱處理分焊前預(yù)熱,消氫熱處理及焊后最終熱處理三步進(jìn)行,焊前預(yù)熱在安裝現(xiàn)場(chǎng)只能用火焰局部加熱.焊后消氫熱處理,在焊接完每個(gè)焊V1后立即進(jìn)行,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采取火焰加熱進(jìn)行局部熱處理.焊后最終熱處理采用履帶式加熱器對(duì)已消氫焊縫逐條進(jìn)行處理的方法.圖5為履帶式加熱器加熱示意圖,每道焊口在?38?應(yīng)有關(guān)方面邀請(qǐng),日本池邊卓先生于7居中旬對(duì)我國(guó)進(jìn)行工咋訪問(wèn).中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)鋼結(jié)構(gòu)焊接協(xié)會(huì)和北京市機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì),于7月】8巳在北京冶金部建筑研究總院聯(lián)合舉辦日本鋼結(jié)構(gòu)新技術(shù)報(bào)告會(huì).會(huì)上由日本新日鐵株式會(huì)社東京總部池邊卓先生作題為建筑結(jié)構(gòu)用鋼材的特性及加工技術(shù)專題報(bào)告.報(bào)告的主要內(nèi)容有:(1)日本建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀.(2)日本建筑