化工設(shè)備低合金耐熱鋼焊接工藝研究

東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)PAGE1東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)摘要本文介紹了低合金耐熱鋼在化工設(shè)備中的應(yīng)用，并對低合金耐熱鋼的焊接特點和焊接性進行分析，論述了低合金耐熱鋼的焊接工藝以及焊接接頭力學(xué)性能的控制。在查閱文獻和結(jié)合現(xiàn)場焊接工藝的基礎(chǔ)上，分析了低合金耐熱鋼2.25Cr-1Mo的焊接特點與焊接性，通過對其碳當量、冷裂紋敏感指數(shù)的計算，確定了預(yù)熱溫度，并確定了焊接方法、焊接熱參數(shù)以及焊后熱處理工藝，制定了2.25Cr-1Mo鋼制加氫反應(yīng)器的焊接規(guī)范，完成2.25Cr-1Mo鋼的焊接性試驗。對2.25Cr-1Mo鋼的焊接接頭進行金相組織觀察與分析，并進行力學(xué)性能試驗與分析，完成了2.25Cr-1Mo鋼的焊接性研究。關(guān)鍵詞：低合金耐熱鋼；焊接性；2.25Cr-1Mo鋼；焊接工藝東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)AbstractThispaperintroducestheheat-resistantlow-alloysteelapplicationsinchemicalequipment,analyzestheweldingfeaturesandweldabilityoftheheat-resistantlow-alloysteel,anddiscussestheweldingprocessoftheheat-resistantlow-alloysteelandthecontrolofmechanicalpropertiesofweldjoints.Basedontheliteratureandcombinedwithon-siteweldingprocess,theweldingfeaturesandweldabilityoftheheat-resistantlow-alloysteel2.25Cr-1Mowasanalyzed.Throughcalculatingitscarbonequivalentandcoldcrackingsensitivityindex,thepreheatingtemperature,weldingmethod,weldingthermalparametersandheattreatmentafterweldingweredetermined,andtheweldingstandardofthehydrogenationreactormadeby2.25Cr-1Mosteelwasdeterminedandtheweldingtestofthe2.25Cr-1Mosteelwascompleted.Byobservingandanalyzingthemicrostructureofweldjoint,andtestingandanalyzingmechanicalproperties,theweldingstudyof2.25Cr-1Mosteelwascompleted.Keywords:heat-resistantlow-alloysteel;weldability;2.25Cr-1Mosteel;weldingprocess東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)目錄TOC\o"1-2"\h\uHYPERLINK\lToc4313第1章低合金耐熱鋼在化工設(shè)備中的應(yīng)用 PAGEREFToc43131HYPERLINK\lToc229981.1低合金耐熱鋼的化學(xué)成分及性能特點 PAGEREFToc229981HYPERLINK\lToc309971.2化工設(shè)備對耐熱鋼焊接接頭的性能要求 PAGEREFToc309974HYPERLINK\lToc9252第2章低合金耐熱鋼的焊接性分析 PAGEREFToc92526HYPERLINK\lToc251582.1低合金耐熱鋼的焊接特點 PAGEREFToc251586HYPERLINK\lToc73912.2低合金耐熱鋼的焊接工藝 PAGEREFToc73919HYPERLINK\lToc136362.3低合金耐熱鋼焊接接頭性能控制 PAGEREFToc1363615HYPERLINK\lToc240552.4不同低合金耐熱鋼接頭的焊接 PAGEREFToc2405520HYPERLINK\lToc28395第3章2.25Cr-1Mo鋼焊接性分析 PAGEREFToc2839523HYPERLINK\lToc145473.12.25Cr-1Mo鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能 PAGEREFToc1454723HYPERLINK\lToc192003.22.25Cr-1Mo鋼的焊接特點 PAGEREFToc1920024HYPERLINK\lToc210533.32.25Cr-1Mo鋼焊接的技術(shù)要求 PAGEREFToc2105324HYPERLINK\lToc6895第4章2.25Cr-1Mo焊接性試驗及焊接工藝評定 PAGEREFToc689527HYPERLINK\lToc78214.1焊接性試驗材料準備 PAGEREFToc782127HYPERLINK\lToc204244.22.25Cr-1Mo鋼焊接工藝試驗 PAGEREFToc2042428HYPERLINK\lToc185014.32.25Cr-1Mo鋼焊接接頭的金相組織試驗及分析 PAGEREFToc1850132HYPERLINK\lToc145744.42.25Cr-1Mo鋼焊接接頭力學(xué)性能試驗及分析 PAGEREFToc1457436HYPERLINK\lToc7299結(jié)論 PAGEREFToc729941HYPERLINK\lToc17733參考文獻 PAGEREFToc1773342HYPERLINK\lToc13289致謝 PAGEREFToc1328943PAGEPAGE2第1章低合金耐熱鋼在化工設(shè)備中的應(yīng)用化工，特別是石油化工都是以高溫高壓的化學(xué)反應(yīng)為主，而碳素結(jié)構(gòu)鋼的強度性能隨著工作溫度的提高而急劇下降，其極限工作溫度為350℃。因而，在更高的溫度下必須采用含有一定量合金元素的合金鋼，這些合金鋼統(tǒng)稱為耐熱鋼，他們具有比普通碳素鋼高得多的高溫短時強度和持久強度。這些耐熱鋼必須具備高溫化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的高溫機械性能（抗蠕變性能）、高溫運行中組織的穩(wěn)定性、良好的冷熱加工及焊接性、經(jīng)濟性，此外還必須具有優(yōu)良的缺口韌性及抗熱處理脆化的性能。以Cr-Mo為基的低、中合金耐熱鋼是動力工業(yè)、石油化工部門應(yīng)用于高溫條件下的重要結(jié)構(gòu)材料。它具有良好的熱穩(wěn)定性和抗蝕性能；合金元素含量少，價格便宜，又具有良好的加工（包括焊接）性能和物理性能，應(yīng)用廣泛。1.1低合金耐熱鋼的化學(xué)成分及性能特點耐熱鋼按其合金成分的質(zhì)量分數(shù)可分為低合金、中合金和高合金耐熱鋼。合金元素總質(zhì)量分數(shù)在5%以下的合金鋼通稱為低合金耐熱鋼，其合金系列有:C-Mo、C-Cr-Mo、C-Cr-Mo-V-Nb、C-Mo-V、C-Cr-Mo-V、C-Mn-Mo-V、C-Mn-Ni-Mo和C-Cr-Mo-W-V-Ti-B等。這些低合金耐熱鋼通常以退火狀態(tài)，或正火+回火狀態(tài)供貨，其組織除珠光體、鐵素體外，還有貝氏體。這類鋼在500℃～600℃有良好的高溫強度及工藝性能，價格較低，廣泛用于制作600℃以下的耐熱部件，如鍋爐鋼管、汽輪機葉輪、轉(zhuǎn)子、緊固件及高壓容器、管道等。典型鋼種有15Mo、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoWVTiB、10Cr2Mo1、25Cr2Mo1V、20Cr3MoWV等。1.1.1低合金耐熱鋼的化學(xué)成分目前，在動力工程、石油化工工程和其他工業(yè)部門應(yīng)用的低合金耐熱鋼已有20余種。其中最常用的是Cr-Mo型、Mn-Mo型耐熱鋼和Cr-Mo基多元合金耐熱鋼，如俄羅斯鋼種12Х2МФСР和我國自行研制的12Cr2MoWVTiB等。低合金耐熱鋼以Cr、Mo為基本元素，最多的是Cr-Mo鋼和Cr-Mo-V鋼。為改善其焊接性，碳的質(zhì)量分數(shù)均控制在0.20%以下，某些合金成分較高的低合金耐熱鋼，標準規(guī)定的碳質(zhì)量分數(shù)不高于0.150%。合金元素含量一般都不超過5%。表1-1列出已納入國標的10余種國產(chǎn)低合金耐熱鋼的化學(xué)成分。表1-1常用低合金耐熱鋼標準化學(xué)成分(GB5310—1995、GB6654—1996)鋼號標準化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)CSiMnPSMoCrNiV其他15Mo0.12~0.200.17~0.370.40~0.80≤0.030≤0.0300.25~0.35————20Mo0.15~0.250.17~0.370.40~0.80≤0.030≤0.0300.44~0.65————12CrMo0.08~0.150.17~0.370.40~0.70≤0.030≤0.0300.40~0.550.4~0.7———15CrMo0.12~0.180.17~0.370.40~0.70≤0.030≤0.0300.40~0.550.8~1.10———12Cr1MoV0.08~0.150.17~0.370.40~0.70≤0.030≤0.0300.25~0.350.9~1.20—0.15~0.30—12Cr2Mo0.08~0.15≤0.50.40~0.70≤0.030≤0.0300.90~1.202.00~2.50———12Cr2MoWVTiB0.08~0.150.45~0.750.45~0.65≤0.030≤0.0300.45~0.651.60~2.10—0.28~0.42W:0.30~0.55Ti:0.08~0.18B:0.002~0.00812Cr3MoWSiTiB0.09~0.150.60~0.900.50~0.80≤0.030≤0.0301.00~1.202.5~3.00—0.25~0.35Ti:0.22~0.38B:0.005~0.01118MnMoNb≤0.220.15~0.501.20~1.60≤0.035≤0.0300.45~0.65———Nb:0.025~0.05013MnNiMoNb≤0.150.15~0.501.20~1.60≤0.035≤0.0300.20~0.400.20~0.400.60~1.00—Nb:0.005~0.0201.1.2低合金耐熱鋼的力學(xué)性能在普通碳鋼中加入各種合金元素，可提高鋼的高溫強度，其中以Mo、V、Ti等元素的作用最強烈。但當單一的合金元素加入鋼中時，這種低合金鋼在高溫長時作用下仍會發(fā)生組織不穩(wěn)定現(xiàn)象，而降低高溫蠕變強度。例如0.5Mo鋼在450℃以上溫度長期運行時就會發(fā)生石墨化過程，即鋼中的碳化物以石墨形式分解而析出游離碳，從而使鋼的高溫強度和韌性降低。當鋼中再加入其他合金元素，可明顯提高鋼的組織穩(wěn)定性，如在鉬鋼中加入1.0%以上的Cr和微量Nb、W和B等碳化物形成元素，可進一步提高鋼的蠕變強度和鋼的組織穩(wěn)定性。低合金耐熱鋼的強化方法主要是加入合金元素，以強化α基體，增加回火時析出碳化物的穩(wěn)定性以及通過熱處理使α基體得到比較穩(wěn)定的強化機構(gòu)。鉻可以顯著提高鋼的抗氧化能力，防止鋼在長期使用過程中的石墨化，還可以提高鐵素體的熱強性。鉬是提高熱強性最有效的元素，它可以明顯提高鐵素體在高溫時的抗蠕變能力，并可提高鋼在形變強化后的軟化溫度和再結(jié)晶溫度。強碳化合物形成元素釩、鎢、鈦等加入對提高鋼的熱強性有明顯作用。表1-2列出了常用低合金耐熱鋼的標準力學(xué)性能數(shù)據(jù)。表1-2常用低合金耐熱鋼的標準力學(xué)性能(GB5310—1995、GB6654—1996)鋼號熱處理狀態(tài)厚度/mm力學(xué)性能σb/MPaσs/MPaδ5(%)Akv/J備注15Mo正火2~70450~600≥270≥22≥35橫向Akv≥27J20Mo正火2~70≥415≥220≥22≥35—12CrMo正火+回火2~70410~560≥205≥21≥35—15CrMo正火+回火2~70440~640≥235≥21≥35—12Cr1MoV正火+回火壁厚大于40mm淬火+回火2~70470~640≥235≥21≥35—12Cr2Mo正火+回火2~70450~600≥280≥20≥35壁厚大于16~40mmσs允許降10MPa12Cr2MoWVTiB正火+回火2~70540~735≥345≥18≥35—12Cr3MoVSiTiB正火+回火2~70610~805≥440≥16≥35—18MnMoNb正火+回火30~60590~740≥440≥17≥34—＞60~100570~720≥410≥17≥34—13MnNiMoNb正火+回火≤100570~720≥390≥18(0℃)≥31—＞100~120≥380≥18—1.1.3低合金耐熱鋼的熱處理狀態(tài)合金總質(zhì)量分數(shù)接近或超過3%的低合金耐熱鋼具有空淬傾向，鋼的力學(xué)性能很大程度上取決于熱處理狀態(tài)。對于壓力容器和管道，設(shè)計規(guī)定的許用應(yīng)力值均以鋼在完全熱處理狀態(tài)下的強度指標為基礎(chǔ)。在焊接的制造過程中，上臨界點以上溫度的熱加工工藝，如熱卷、鍛造和加工后的熱處理必將使材料產(chǎn)生組織變化，從而改變鋼在原始狀態(tài)下的強度和韌性。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須注意在焊接結(jié)構(gòu)的最終熱處理狀態(tài)下，鋼材和接頭的性能與原始熱處理狀態(tài)下相應(yīng)性能的差別。在國產(chǎn)低合金耐熱鋼中，除了厚度≤30mm的C-Mo鋼和C-Mn-Mo鋼可以在熱軋狀態(tài)供貨和直接使用外，其余各種耐熱鋼在任何厚度下均應(yīng)以熱處理狀態(tài)供貨。這些熱處理狀態(tài)包括退火、正火、正火+回火、淬火+回火、高溫回火和消除應(yīng)力處理。對于耐熱鋼鑄件還要求作均勻化處理[1]。各種低合金耐熱鋼標準規(guī)定的熱處理要求及典型熱處理工藝參數(shù)列于表1-3。表1-3常用低合金耐熱鋼標的熱處理參數(shù)鋼號標準規(guī)定的熱處理正火或淬火溫度/℃退火溫度/℃回火溫度/℃保溫時間/h15Mo正火910~940———20M0正火910~940———12CrMo正火+回火900~930—670~720周期式爐≥2h連續(xù)爐≥1h15CrMo正火+回火930~960—680~720同上12Cr1MoV正火+回火980~1020—720~760同上或淬火+回火950~990—720~760同上12Cr2Mo正火+回火900~960—700~750—12Cr2MoWVTiB正火+回火1000~1035—760~790周期式爐≥2h連續(xù)爐≥1h12Cr3MoVSiTiB正火+回火1040~1090—720~770同上18MnMoNb正火+回火930~960600~640650~680—13MnNiMoNb正火+回火890~950530~600580~590—1.2化工設(shè)備對耐熱鋼焊接接頭的性能要求在石油精煉設(shè)備、加氫裂化裝置以及其他高溫設(shè)備中，為保證高溫設(shè)備長期工作的可靠性和經(jīng)濟性，應(yīng)考慮材料的常溫和高溫短時強度、高溫持久強度和蠕變強度等因素。在不同的工況條件下，各種耐熱鋼容許的最高工作溫度示于表1-4。表1-4不同工況條件下各種耐熱鋼容許的最高工作溫度(單位：℃)運行條件鋼種0.5Mo1.25Cr-0.5Mo1Cr-0.5Mo2.25Cr-1Mo1CrMoV2CrMoWVTi5Cr-0.5Mo9Cr-1Mo9CrMoV12Cr-MoV高溫高壓蒸汽500550570600620680常規(guī)煉油工藝450530560600650—合成化工工藝410520560600650—高壓加氫裂化300340400550——為保證耐熱鋼焊接結(jié)構(gòu)在高溫、高壓和各種復(fù)雜介質(zhì)下長期安全的運行，除了對耐熱鋼母材的性能要求外，對耐熱鋼焊接接頭性能亦有基本要求，這取決于焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜性及其運行條件和制造工藝過程，化工設(shè)備中耐熱鋼焊接接頭的性能必須滿足以下要求：接頭的等強度和等塑性。耐熱鋼焊接接頭不僅應(yīng)具有與母材基本相等的室溫和高溫短時強度，而且更重要的是應(yīng)具有與母材相當?shù)母邷爻志脧姸?。耐熱鋼制焊接部件大多需?jīng)冷作，熱沖壓成形以及彎曲等加工，焊接接頭也將經(jīng)受較大的塑性變形，因而應(yīng)具有與母材相近的塑性變形能力。（2）接頭的抗氫性和抗氧化性。耐熱鋼焊接接頭應(yīng)具有與母材基本相同的抗氫性和抗高溫氧化性。為此，焊縫金屬的合金成分質(zhì)量分數(shù)應(yīng)與母材基本相等。（3）接頭的組織穩(wěn)定性。耐熱鋼焊接接頭在制造過程中，特別是厚壁接頭將經(jīng)受長時間多次熱處理，在運行過程中則處于長期的高溫高壓作用下，為確保接頭性能穩(wěn)定，接頭各區(qū)的組織不應(yīng)產(chǎn)生明顯的變化及由此引起的脆變或軟化。（4）接頭的抗脆斷性。雖然耐熱鋼制焊接結(jié)構(gòu)均在高溫下工作，但對于壓力容器和管道，其最終的檢驗通常是在常溫下以工作壓力1.5倍的壓力做液壓試驗或氣壓試驗。高溫受壓設(shè)備準備投運或檢修后，都要經(jīng)歷冷起動過程。因此，耐熱鋼焊接接頭應(yīng)具有一定的抗脆斷性。（5）低合金耐熱鋼接頭的物理均一性。低合金耐熱鋼焊接接頭應(yīng)具有與母材基本相同的物理性能，接頭材料的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率直接決定了接頭在高溫運行過程中的熱應(yīng)力，過高的熱應(yīng)力將對接頭的提前失效產(chǎn)生不利影響。第2章低合金耐熱鋼的焊接性分析2.1低合金耐熱鋼的焊接特點低合金耐熱鋼的焊接具有以下特點：首先，低合金耐熱鋼按其合金含量具有不同程度的淬硬傾向。在各種熔焊熱循環(huán)決定的冷卻速度下，焊縫金屬和熱影響區(qū)內(nèi)可能形成對冷裂紋敏感的顯微組織。其次，低合金耐熱鋼含有Cr、Mo、V、Nb、Ti等強碳化物形成元素，從而使接頭過熱區(qū)具有不同程度的再熱裂紋（亦稱消除應(yīng)力裂紋）敏感性。最后，某些耐熱鋼焊接接頭，當有害的殘余元素總含量超過容許極限時，還會出現(xiàn)回火脆性或長時脆變[2]。2.1.1淬硬性鋼的淬硬性取決于它的碳含量、合金成分及其含量。低合金耐熱鋼中的主要合金元素鉻和鉬等都能顯著提高鋼的淬硬性，鉬的作用比鉻約大50倍。其作用機理是延遲了鋼在冷卻過程中的轉(zhuǎn)變，提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性。在焊接冷卻過程中，焊縫和熱影響區(qū)很容易產(chǎn)生貝氏體或馬氏體組織。例如，對于2.25Cr-1Mo鋼焊接接頭，當接頭冷卻速度t8/5小于120s時，熱影響區(qū)就有馬氏體產(chǎn)生了；當t8/5小于15s時，就會產(chǎn)生100%的馬氏體組織，其硬度超過HV430。如果焊接板厚大于20mm的2.25Cr-1Mo鋼不預(yù)熱的話，當焊接線能量較低時就可能產(chǎn)生100%馬氏體組織[3]。通常，焊接接頭中的馬氏體組織，尤其是過熱區(qū)的粗晶馬氏體是產(chǎn)生焊接冷裂紋的重要原因之一，但這并不是說鋼的淬透性高，容易獲得馬氏體，冷裂敏感性就一定很大。實際上，直接影響冷裂敏感性的是所形成的馬氏體的硬度，即鋼的淬硬性。淬硬性主要取決于馬氏體的含碳量。在相同的奧氏體化溫度下，含碳量越高，馬氏體硬度越高。而對于含碳量一定的鋼，奧氏體化溫度越高，硬度越高。在焊接狀態(tài)下，含碳量對接頭硬度的影響更為明顯。從改善鋼的焊接性角度出發(fā)，降低含碳量，鋼的淬硬性降低，焊接冷裂敏感性明顯減小。但降低含碳量將引起鋼的蠕變強度急劇降低，這對于使用溫度范圍較高的中合金鉻鉬鋼尤為不利。通常，為了兼顧焊接性和高溫力學(xué)性能，中合金鉻鉬鋼的含碳量一般控制在0.10%～0.20%范圍內(nèi)。而低合金鉻鉬鋼的含碳量可以更低些。防止鉻鉬鋼焊接冷裂紋的主要工藝措施為選擇低氫型焊條、焊前預(yù)熱和焊后熱處理。2.1.2再熱裂紋傾向為了防止低合金耐熱鋼焊接接頭氫致延遲裂紋和改善接頭性能，這類鋼焊后往往需要進行消除應(yīng)力處理。但是，在消除應(yīng)力處理過程中會產(chǎn)生再熱裂紋。低合金耐熱鋼焊接接頭的再熱裂紋傾向主要取決于鋼中碳化物形成元素的特性及其含量以及焊后熱處理溫度參數(shù)。當鉻含量低于1%時，隨鉻含量增加，鋼的再熱裂紋敏感性增大；當鉻含量超過1%時，隨鉻含量的增加再熱裂紋敏感性反而減小。除了鉻之外，碳和釩（以及鈮、鈦、鉬等）對再熱裂紋敏感性也有很大的影響，增加碳或釩含量，會引起再熱裂紋敏感性的顯著增大[4]。圖2-1是Cr、Mo、V合金元素對鋼材再熱裂紋敏感性的影響。裂紋敏感性高無V裂紋敏感性高無V加V隨V含量增加裂紋敏感性低隨Cr含量增加隨V含量增加210w(Mo)(%)0123w(Cr)(%)隨Mo含量增加圖2-1Cr、Mo、V合金元素對鋼材再熱裂紋敏感性的影響再熱裂紋總是產(chǎn)生在焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，再熱裂紋的產(chǎn)生還取決于熱處理制度。通常，產(chǎn)生再熱裂紋的敏感溫度區(qū)間是500～700℃。通?？梢訮sr裂紋指數(shù)粗略地表征一種鋼的再熱裂紋敏感性。Psr可取鋼的實際合金成分含量按下式計算：Psr=w(Cr)+w(Cu)+2w(Mo)+10w(V)+7w(Nb)+5w(Ti)－2(2-1)如Psr≥0，則就有可能產(chǎn)生再熱裂紋。但在實際的結(jié)構(gòu)中，再熱裂紋的形成還與焊接熱參數(shù)、接頭的拘束應(yīng)力以及熱處理的工藝參數(shù)有關(guān)。對于某些再熱裂紋傾向較高的耐熱鋼，當采用高熱輸入焊接方法焊接時，如多絲埋弧焊或帶極埋弧堆焊，即使焊后未作消除應(yīng)力熱處理，在接頭高拘束應(yīng)力作用下也會形成焊縫層間或堆焊層下過熱區(qū)再熱裂紋。為防止再熱裂紋的形成，可采取下列冶金和工藝措施：嚴格控制母材和焊材中導(dǎo)致再熱裂紋的合金成分，應(yīng)保證鋼材熱強性的前提下，將V、Ti、Nb等合金元素的含量控制在最低的容許范圍內(nèi)；選用高溫塑性優(yōu)于母材的焊接填充材料；適當提高預(yù)熱溫度和層間溫度，一般將預(yù)熱溫度提高至250℃以上；采用低熱輸入的焊接工藝，以縮小焊接接頭過熱區(qū)寬度，限制晶粒長大；選擇合理的熱處理工藝參數(shù)，盡量縮短在敏感溫度區(qū)間的保溫時間；合理設(shè)計接頭的形式，降低接頭的拘束度。2.1.3回火脆性鉻鉬耐熱鋼及其焊接接頭在370～565℃溫度區(qū)間長期運行過程中會發(fā)生漸進的脆變現(xiàn)象，稱回火脆性或長時脆變。如用2.25Cr-1Mo鋼和10CrMo910鋼制造的煉油設(shè)備，經(jīng)332～432℃下工作3000h后，與沖擊吸收功40J對應(yīng)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度從-37℃提高到60℃，并最終導(dǎo)致災(zāi)難性脆性斷裂事故。試驗研究表明：鋼的回火脆性與其雜質(zhì)含量有著密切關(guān)系，這些雜質(zhì)元素主要是鋼中的P、As、Sn、Sb等，它們易沿晶界擴散偏析而引起脆化，其綜合影響可以用脆性指數(shù)X來表征。對于焊縫金屬，X可按下式計算：X=10w(P)+5w(Sb)+4w(Sn)+w(As)/100×10-6(2-2)X指數(shù)不應(yīng)超過20。對于母材還應(yīng)考慮Si、Mn等元素的影響，并引用J指數(shù)評定鋼材的回火脆性。J=w(Mn+Si)×w(P+Sn)×104(%)(2-3)如J指數(shù)超過150，則說明該種鋼具有明顯的回火脆性。為降低Cr-Mo鋼的焊縫金屬回火脆性傾向，可以采取冶金和工藝措施，其中最有效的措施是降低焊縫金屬中的O、S和P的含量[5]。2.1.4焊接熱裂紋低合金耐熱鋼焊接熱裂紋主要是焊縫結(jié)晶裂紋，而且多出現(xiàn)在弧坑處。這類鋼焊接熱影響區(qū)的液化裂紋比較少見。碳和鎳都可增加熱裂敏感性，其中碳的影響最大。碳是保證耐熱鋼熱強性的主要元素，因此焊縫含碳量不可能太低。用冶金手段降低焊縫金屬熱裂敏感性的關(guān)鍵，是嚴格控制焊縫金屬中有害雜質(zhì)硫和磷的含量?，F(xiàn)代煉鋼技術(shù)已可保證將鉻鉬耐熱鋼中的硫和磷控制在較低的程度。但是，對于厚壁結(jié)構(gòu)的焊接來說，由于焊接結(jié)構(gòu)的拘束度較高，熱裂傾向仍然很大，因此在焊接時要采用較低的焊接線能量才能控制焊接熱裂紋的產(chǎn)生[6]。2.1.5焊接熱影響區(qū)的軟化低合金耐熱鋼焊接熱影響區(qū)的軟化是個普遍問題。對12Cr-MoV和15Cr-MoV兩種鋼進行的試驗實驗表明，兩種鉻—鉬—釩耐熱鋼的焊接熱影響區(qū)都出現(xiàn)了明顯的軟化帶，而且焊前的原始硬度（或強度）越高，焊后的軟化越嚴重；焊后730℃熱處理不僅未能消除軟化帶和恢復(fù)軟化區(qū)的硬度，反而使軟化更為明顯。鉻鉬鋼焊接熱影響區(qū)軟化帶在粗視磨片上是一條明顯的“白帶”，在光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡下觀察時，其組織大部分是鐵素體，其余是聚合碳化物和其他相。熱影響區(qū)軟化帶與焊前的組織狀態(tài)、焊接規(guī)范以及焊后熱處理有關(guān)。軟化帶在溫室和高溫短時靜載拉伸時，沒有太大的不良影響。但是，接頭如果在高溫下長期工作時，蠕變變形將集中于軟化帶，最后導(dǎo)致這一部位提前斷裂失效。為了減小軟化區(qū)及其軟化程度，應(yīng)盡量減少接頭在Ac1溫度附近的停留時間。此外，焊后正火+高溫回火，可以基本上消除軟化帶。2.2低合金耐熱鋼的焊接工藝低合金耐熱鋼的焊接工藝包括焊接方法的選擇、焊前準備、焊接材料的選擇和管理、焊前預(yù)熱和焊后熱處理及焊接參數(shù)的選擇。2.2.1焊接方法的選擇低合金耐熱鋼一般是在熱處理狀態(tài)下焊接，焊后大多數(shù)要進行高溫回火處理。常用的焊接方法以焊條電弧焊、埋弧自動焊為主，電渣焊也經(jīng)常應(yīng)用，氣體保護焊及窄間隙焊也正在擴大應(yīng)用。埋弧焊由于熔敷效率高，焊縫質(zhì)量好，在鍋爐受壓部件、壓力容器、管道等的焊接中得到了廣泛應(yīng)用。目前，已能提供與各種耐熱鋼匹配的焊絲和焊劑，其中包括用于特種厚壁容器、要求抗回火脆性的高純度焊絲及燒結(jié)焊劑。焊條電弧焊由于靈活、能做全位置焊接的特點，在低合金耐熱鋼焊接中應(yīng)用廣泛。為確保焊縫金屬的韌性，降低裂紋傾向，低合金耐熱鋼的焊條電弧焊大都采用低氫型堿性焊條，但對于合金含量較低的耐熱鋼薄板，為改善工藝適應(yīng)性，亦可采用高纖維素或高氧化鈦酸性焊條。對于低合金耐熱鋼，焊條電弧焊的缺點是建立低氫焊接條件較困難，焊接工藝復(fù)雜，且效率低，焊條利用率不高。鎢極氬弧焊具有低氫，工藝適應(yīng)性強，易于實現(xiàn)單面焊雙面形成的特點，多半用于低合金耐熱鋼管道的封底層焊道或小直徑薄壁管的焊接。用鎢極氬弧焊打底，較容易實現(xiàn)單面焊雙面成形，焊接質(zhì)量較高。鎢極氬弧焊可采用抗回火脆性能力較強的低硅焊絲，提高焊縫金屬強度的純度，這對于要求高韌性的耐熱鋼焊接結(jié)構(gòu)具有重要意義。電渣焊效率相當高，可采用單絲、多絲、熔嘴和板極，一次行程可完成厚達40mm以上厚壁部件的接頭，最大焊接厚度可達1000mm左右，在低合金耐熱鋼厚壁容器生產(chǎn)中得到穩(wěn)定應(yīng)用。在焊接過程中產(chǎn)生大量的熱，可起到對母材預(yù)熱作用，并且焊接區(qū)冷卻速度相當緩慢，有利于氫的擴散逸出。在Cr-Mo耐熱鋼焊縫金屬中，擴散氫含量增加容易產(chǎn)生冷裂紋，所以，用電渣焊可盡量避免冷裂紋的產(chǎn)生。其缺點是焊縫和熱影響區(qū)晶粒粗大，焊后必須經(jīng)正火處理后才能使用[7]。2.2.2焊前準備焊前準備的主要內(nèi)容是接縫邊緣的切割下料、坡口加工、熱切割邊緣和坡口面的清理以及焊接材料的預(yù)處理。1．接縫的焊前處理對于一般的低合金耐熱鋼焊件，可以采用各種熱切割法下料。為防止厚板熱切割邊緣的開裂，應(yīng)采取下列工藝措施：所有厚度的2.25Cr-Mo、3Cr-1Mo鋼和15mm以上的1.25Cr-0.5Mo鋼板熱切割前應(yīng)將割口邊緣預(yù)熱至150℃以上。熱切割邊緣應(yīng)作機械加工并用磁粉檢測是否存在表面裂紋；15mm以下的1.25Cr-0.5Mo鋼板和15mm以上的0.5Mo鋼板熱切割前應(yīng)預(yù)熱至100℃以上。熱切割邊緣應(yīng)作機械加工并用磁粉檢測是否存在表面裂紋；15mm以下的0.5Mo鋼板熱切割前不必預(yù)熱。熱切割邊緣最好作機械加工，去除熱影響區(qū)。對焊縫質(zhì)量要求較高的焊件，焊前最好用丙酮擦凈坡口表面。2．焊接材料預(yù)處理焊接材料在使用前應(yīng)作適當預(yù)處理。埋弧焊用光焊絲，應(yīng)將表面的防銹油清除干凈。鍍銅焊絲亦應(yīng)將表面積塵和污垢仔細清除。在Cr-Mo耐熱鋼焊縫金屬中，擴散氫含量增加容易產(chǎn)生冷裂紋，且低氫型焊條容易吸潮，吸水分量與擴散氫量的關(guān)系如圖2-2所示。圖2-2吸濕水份量與擴散氫含量的關(guān)系考慮到焊條和焊劑水份含量對于焊接無氫致裂紋接頭的重要性，為保證焊縫金屬的低氫含量，焊條和埋弧焊用焊劑應(yīng)當在使用前嚴格按工藝規(guī)程的規(guī)定進行烘干。表2-1列出了常用低合金耐熱鋼焊條和焊劑典型烘干參數(shù)。表2-1常用耐熱鋼焊條和焊劑的烘干參數(shù)焊條和焊劑牌號烘干溫度/℃烘干時間/h保持溫度/℃R102、R202、R302150~2001~250~80R107、R207、R307、R407、R317、R347、R427350~4001~2127~150HJ350、HJ250、HJ380(熔煉焊劑)400~4502~3120~150SJ101、SJ301、SJ605(燒結(jié)焊劑)300~3502~3120~1502.2.3焊接材料的選擇低合金耐熱鋼焊接材料的選擇原則是焊縫金屬的合金成分與強度性能應(yīng)基本符合母材標準規(guī)定的下限值或應(yīng)達到產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定的最低性能指標。如焊后需經(jīng)退火、正火或熱成形，則應(yīng)選擇合金成分和強度級別較高的焊接材料。為提高焊縫金屬的抗裂性，通常焊接材料的碳含量應(yīng)低于母材的碳含量。對于一些特殊用途的焊絲和焊條，例如為了免除焊后熱處理所采用的焊條，其焊縫金屬的w(C)控制在0.05%以下[8]。但是，對于1.25Cr-0.5Mo鋼和2.25Cr-1Mo鋼，焊縫金屬的最佳w(C)為0.10%左右。在這種碳含量下焊縫金屬具有最高的沖擊韌性和與母材相當?shù)母邷厝渥儚姸?。而碳含量過低的鉻鉬鋼焊縫金屬，經(jīng)長時間的焊后熱處理會促使鐵素體的形成，導(dǎo)致韌性下降，故應(yīng)謹慎使用碳含量過低的焊絲和焊條。對于在我國常用的低合金耐熱鋼可按表2-2選擇相應(yīng)的焊接材料。表2-2低合金耐熱鋼焊接材料選用表鋼號焊條電弧焊埋弧焊氣體保護焊實心焊絲藥芯焊絲牌號型號牌號牌號型號15MoR102R107E5003-A1E5015-A1E7015-A1(AWS)H08MnMoA+HJ350H08MnSiMoTGR50M(TIG)E500T5-A1E500T1-A112CrMoR202R207E5503-B1E5515-B1E8015-B1(AWS)H10MoCrA+HJ350H08CrMnSiMoE550T1-B2E550T5-B2L

續(xù)表2-2鋼號焊條電弧焊埋弧焊氣體保護焊實心焊絲藥芯焊絲牌號型號牌號牌號型號15CrMoR302R307R306FeR307HE5503-B2E5515-B2E5518-B2E8018-B2(AWS)E8015-B2H08CrMoA+HJ350H12CrMo+HJ350H08CrMnSiMoTGR55CM(TIG)E550T5-B2E550T1-B2E550T5-B2L12Cr1MoVR312R316FeR317E5503-B2VE5518-B2VE5515-B2VH08CrMoV+HJ350H08CrMnSiMoVTGR55V(TIG)—12Cr2MoR406FeR407E6018-B3E6015-B3E9015-B3(AWS)H08Cr3MoMnA+HJ350(SJ101)H08Cr3MoMnSiTGR59C2ME600T5-B3E600T1-B312Cr2MoWVTiBR347R340E5515-B3VH08Cr2MoWVNbB+HJ250H08cCr2MoWVNbBTGR55WB—2.2.4預(yù)熱和焊后熱處理（1）焊前預(yù)熱預(yù)熱是防止低合金耐熱鋼焊接接頭冷裂紋和再熱裂紋的有效措施之一。預(yù)熱溫度主要由鋼的碳含量、接頭的拘束度和焊縫金屬的氫含量來決定。對于低合金耐熱鋼，預(yù)熱溫度并非愈高愈好。例如，對于w(Cr)大于2%的鉻鉬鋼，為防止氫致裂紋的產(chǎn)生，規(guī)定較高的預(yù)熱溫度是必要的，但不應(yīng)高于馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點Mf的溫度，否則，當焊件作最終焊后熱處理時，會使奧氏體不發(fā)生轉(zhuǎn)變，除非焊件的冷卻過程加以嚴格控制，不然，這部分殘余奧氏體就可能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而失去了焊后熱處理對馬氏體組織的回火作用。因此，預(yù)熱和層間溫度均應(yīng)控制在Mf點以下，則焊接結(jié)束后奧氏體將在控制溫度范圍內(nèi)完全轉(zhuǎn)變成馬氏體，馬氏體隨后可以通過焊后回火而改善韌性。為防止焊件在焊后熱處理之前產(chǎn)生裂紋，最簡單可靠的措施是將接頭作2～3h的低溫后熱處理。后熱處理的溫度按鋼種和壁厚而定，一般在250℃～300℃之間。大型焊件的局部預(yù)熱應(yīng)注意保證預(yù)熱區(qū)的寬度大于所焊壁厚的4倍，至少不小于150mm，且預(yù)熱區(qū)內(nèi)外表面均應(yīng)達到規(guī)定的預(yù)熱溫度。世界各國壓力容器和管道制造法規(guī)對低合金耐熱鋼規(guī)定的最低預(yù)熱溫度列于表2-3。由表中數(shù)據(jù)可見，迄今只有英國標準考慮焊縫金屬的氫含量高低來修正焊件的預(yù)熱溫度。對于厚壁容器殼體上插入式大直徑接管的環(huán)向接頭，鋼結(jié)構(gòu)件的十字接頭等高拘束度焊件，其預(yù)熱溫度應(yīng)比表2-3所推薦的高50℃。表2-3各國壓力容器法規(guī)規(guī)定的最低預(yù)熱溫度鋼種推薦值A(chǔ)SMEBPVCⅧ①BS②5500(PD5500)ASME③B31.1BS3351(低氫焊條)BS2633—1994(酸性焊條)厚度/mm溫度/℃厚度/mm溫度/℃厚度/mm溫度/℃厚度/mm溫度/℃厚度/mm溫度/℃厚度/mm溫度/℃0.5Mo≥2080＞1680≥12100≥1280≥12100≥381501Cr-0.5Mo1.25Cr-0.5Mo≥20120≥12120≤12＞12100150所有厚度150≤12＞12100150≤12＞121502002.25Cr-1Mo1CrMoV≥10150≥12200≤12＞12150200所有厚度150≤12＞12150200≤12—200—2CrMoWVTiB所有厚度150——————————2Mn-Mo2Mn-Ni-Mo≥30150——————————①美國機械工程學(xué)會標準中的鍋爐壓力容器法規(guī)。②PD為英國標準，代替原BS5500。③美國機械工程學(xué)會中的壓力管道標準。（2）焊后熱處理低合金耐熱鋼焊件可按對鋼和接頭性能的要求作下列焊后熱處理：①不作焊后熱處理；②580℃～760℃溫度范圍內(nèi)的回火或消除應(yīng)力熱處理；③正火處理。對某些合金成分較低、壁厚較薄的低合金耐熱鋼接頭，如焊前采取預(yù)熱，使用低氫低碳級焊接材料，且經(jīng)焊接工藝試驗證實接頭具有足夠的塑性和韌性，則焊件容許在焊后不作熱處理。對于低合金耐熱鋼來說，焊后熱處理的目的不僅是消除焊接殘余應(yīng)力，而且更重要的是改善金相組織，提高接頭的綜合力學(xué)性能，包括降低焊縫及熱影響區(qū)的硬度，提高接頭的高溫蠕變強度和組織穩(wěn)定性等[9]。因此，在擬定耐熱鋼接頭的焊后熱處理工藝參數(shù)時，應(yīng)綜合考慮下列冶金和工藝特點：①焊后熱處理應(yīng)保證焊縫熱影響區(qū)，主要是過熱區(qū)組織的改善；②加熱溫度應(yīng)保證接頭的Ι類應(yīng)力降低到盡可能低的水平；③焊后熱處理，包括多次的熱處理不應(yīng)使母材和焊接接頭各項力學(xué)性能降低到產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定的最低值以下；④焊后熱處理應(yīng)盡量避免在所處理鋼材回火脆性敏感的或?qū)υ贌崃鸭y敏感的溫度范圍內(nèi)進行，并應(yīng)規(guī)定在危險的溫度范圍內(nèi)的加熱和冷卻的速度。表2-4列出了各國制造法規(guī)對低合金耐熱鋼焊件規(guī)定的最低焊后熱處理溫度。從表中數(shù)據(jù)可見，各國制造法規(guī)所要求的最低熱處理溫度有較大差異，這與各法規(guī)所遵循的設(shè)計準則、材料標準、工藝評定準則不同有關(guān)。法規(guī)所列的最低熱處理溫度不一定是最佳熱處理溫度，它應(yīng)根據(jù)焊件的運行條件、材料的供貨狀態(tài)、對接頭的性能要求以及焊接殘余應(yīng)力的水平等，應(yīng)通過焊接工藝評定來確定。例如，英國BS標準已考慮按材料應(yīng)達到的性能，如對最大程度的軟化，最高的常溫抗拉強度和最高蠕變強度等規(guī)定了不同的熱處理工藝參數(shù)。表2-4各國制造法規(guī)要求的最低焊后熱處理溫度(單位：℃)鋼種ASMEB31.1ASMEBPVCⅧBS3351PD5500(BS5500)推薦溫度0.5Mo600~650≥595650~680650~680600~6200.5Cr-0.5Mo600~650≥595——620~6401Cr-0.5Mo700~750≥595630~670630~670③650~700②640~6801.25Cr-0.5Mo—≥595630~670630~670③650~700②640~6802.25Cr-1Mo700~750≥680680~720①700~750②630~670④680~720①700~750②680~7001Cr-Mo-V————720~7402Cr-MoWVTiB————760~780①以提高蠕變強度為主。②以軟化焊縫為主。③以提高高溫性能為主。④以提高常溫強度為主。2.2.5焊接熱輸入從降低冷卻速度、防止接頭淬硬冷裂角度考慮，應(yīng)適當提高低合金耐熱鋼的焊接熱輸入。但是，提高焊接熱輸入可能增加這類鋼對再熱裂紋的敏感性。在各項力學(xué)性能指標中，沖擊韌性受焊接熱輸入影響最大。焊接熱輸入較大的埋弧焊，其焊縫韌性較低。在氣焊和電渣焊條件下，常在過熱區(qū)出現(xiàn)如圖2-3所示的魏氏組織[10]。低合金耐熱鋼焊接時以較低的焊接熱輸入為好，焊接時如果必須擺動電弧，擺幅也不應(yīng)大于9.5mm或焊絲直徑的2.5倍，或取二者的最小值。圖2-3魏氏組織2.2.6焊后消氫處理由于低合金耐熱鋼的焊接特性，容器每條焊縫焊完后，為了消除應(yīng)力和氫，需進行中間退火處理。這樣，一臺設(shè)備往往要經(jīng)過多次熱處理，即會使焊接接頭強度降低，又會增加制造成本，延長生產(chǎn)周期。為此，經(jīng)過多次試驗，采用了較低的溫度進行后熱消氫，可有效替代中間退火，使焊縫中的擴散氫充分逸出，從而避免裂紋產(chǎn)生。2.3低合金耐熱鋼焊接接頭性能控制與普通碳鋼和低合金鋼相比，對耐熱鋼接頭的性能提出了較高的要求，不僅是常溫力學(xué)性能，而且更重要的事高溫性能，包括高溫蠕變強度（高溫持久強度），高溫沖擊韌性和抗回火脆性等都必須滿足產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。對于某些特殊的石化裝置，對焊縫和熱影響區(qū)的硬度還有嚴格規(guī)定。2.3.1對耐熱鋼接頭性能的影響因素影響低合金耐熱鋼接頭力學(xué)性能的主要因素有下列三個：（1）焊縫金屬的合金成分；（2）焊接熱參數(shù)；（3）焊后熱處理工藝參數(shù)。（1）合金成分的影響焊縫中的碳顯著地提高了鋼的強度，但急劇地降低了韌性，使脆性轉(zhuǎn)變溫度上移。在某些低合金鋼中，碳含量的提高與韌性的下降并不成比例關(guān)系。例如，在2.25Cr-1Mo鋼焊縫中，0.10%的碳含量是保證高韌性的最佳含量。而在Cr-Mo含量較低的焊縫中，最合適的碳含量是0.07%～0.08%。焊縫中的Si也具有雙重作用。硅作為一種還原元素對焊縫金屬的性能起著有利作用，是保證焊縫致密性的必要元素之一。硅在Cr-Mo鋼焊縫中，對消除應(yīng)力處理后的韌性產(chǎn)生不利影響。尤其是通過焊劑向焊縫金屬滲硅，將急劇加重回火脆性傾向。對于某些有回火脆性傾向的Cr-Mo鋼焊縫金屬，w(Si)應(yīng)控制在0.1%以下。對于Cr-Mo含量較低的耐熱鋼焊縫金屬，w(Si)和合適范圍是0.15%～0.35%。在Cr-Mo鋼焊縫中，Mn的作用與Si相似，它促使偏析加劇，產(chǎn)生一定的有害影響。然而Mn又促使顯微組織中形成針狀鐵素體，從而提高了焊縫金屬的韌性。氣體保護焊的Cr-Mo鋼焊絲中，w(Mn)的合適范圍是0.80%～1.10%。磷對焊縫金屬的回火脆性有很不利的作用，圖2-4顯示出磷含量與2.25Cr-1Mo鋼焊縫金屬40J轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系。從曲線可以看出，磷含量控制在0.012%以下，可將磷的有害作用限制到最小程度。w(C)=0.09%~0.01%w(C)=0.09%~0.01%w(Si)=0.06%~0.13%w(O)=0.025%~0.035%()0.00250.0050.0100.0150.0200.025w(P)(%)403020100－10ΔVTr40(VT'r40－VTr40)/℃圖2-42.25Cr-1Mo鋼焊縫金屬磷含量與40J脆性轉(zhuǎn)變溫度位移量關(guān)系氧對Cr-Mo鋼焊縫金屬的韌性亦有不利影響。圖2-5顯示出2.25Cr-1Mo鋼焊縫金屬中氧含量與韌性的關(guān)系。由曲線可看出，為確保焊縫金屬的韌性，w(O)應(yīng)控制在0.04%以下。使用高堿度焊劑和堿性藥皮焊條可獲得w(O)低于0.035%的焊縫金屬[11]。各種合金元素和雜質(zhì)對焊縫金屬韌性綜合影響可以下式表達：Tr20=436w(C)－54w(Mn)+14w(Si)+268w(P)+819w(S)－61w(Cu)－29w(Ni)+13w(Cr)+23w(Mo)+355w(V)－112w(Al)+1138w(N)+380w(O)－235/1.8(2-4)式中合金成分含量的適用范圍如下：w(C)=0.03%～0.11%，w(Mn)=0.2%～1.16%，w(Si)=0.05%～1.2%，w(S)=0.006%～0.11%，w(Cu)=0.05%～0.3%，w(Ni)=0.05%～0.14%，w(Cr)=0.05%～2.6%，w(Mo)≤1.2%，w(V)≤0.36%，w(N)=0.004%～0.02%，w(O)=0.007%～0.19%。690℃×690℃×26h消除應(yīng)力處理+步冷處理690℃×26h消除應(yīng)力處理100200300400500600700焊縫中氧含量102030405060VTr40、VT'r40/℃圖2-52.25Cr-1Mo鋼焊縫金屬氧含量與40J轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系（2）焊接熱參數(shù)的影響焊接熱參數(shù)通常是指焊接熱輸入，預(yù)熱溫度和層間溫度。焊接熱參數(shù)直接影響接頭的冷卻條件。熱參數(shù)愈高，冷卻速度愈低，接頭各區(qū)的晶粒愈粗大，強度和韌性愈低，采用低的熱參數(shù)，則提高接頭的冷卻速度，有利于細化接頭各區(qū)的晶粒，改善顯微組織而提高沖擊韌性。但在低合金耐熱鋼焊接中，預(yù)熱和保持層間溫度是防止接頭冷裂紋和再熱裂紋的必要條件之一，故調(diào)整焊接熱參數(shù)主要通過控制焊接熱輸入[12]。大多數(shù)低合金耐熱鋼對焊接熱輸入在一定范圍內(nèi)的改變并不敏感。當焊接熱輸入超過30kJ/cm，預(yù)熱和層間溫度高于250℃，則Cr-Mo鋼焊縫金屬的強度和沖擊韌性會明顯下降。圖2-6顯示出預(yù)熱和層間溫度對2.25Cr-1Mo鋼埋弧焊焊縫金屬沖擊韌性的影響。（3）焊后熱處理的影響焊后熱處理的工藝參數(shù)對低合金耐熱鋼焊接接頭的力學(xué)性能產(chǎn)生復(fù)雜的影響。通常利用回火參數(shù)[P]來評定其影響程度。[P]值由熱處理溫度和保溫時間按下式計算：[P]=T(20+lgt)×10-3(2-5)式中T——熱處理溫度，K；t——保溫時間，h。在低合金耐熱鋼焊件的各種熱處理參數(shù)中，回火參數(shù)[P]的變化范圍約為18.2～21.4。實際上，對于每種低合金耐熱鋼均有一個最佳范圍，即最合適的熱處理溫度和保溫時間范圍。對于1.25Cr-0.5Mo鋼焊縫金屬，回火參數(shù)在20.0～20.6之間時，焊縫金屬沖擊吸收功達到最高值，如回火參數(shù)低于20.0即在較低回火溫度和較短保溫時間下，焊縫金屬的韌性明顯下降，而當回火參數(shù)高于20.6時，則由于碳化物的沉淀和集聚使韌性再度下降。SRSR+SSRSR+S·C－60℃(SR)－60℃(SR+S·C)－80℃(SR)－80℃(SR+S·C)SR消除應(yīng)力處理S·C步冷處理0100150200250300預(yù)熱、層間溫度/℃－50－60－70－80－4015105VTr40、VT'r40/℃沖擊吸收功/J圖2-6預(yù)熱及層間溫度對2.25Cr-1Mo鋼埋弧焊焊縫金屬沖擊韌性的影響回火參數(shù)對焊縫金屬強度性能亦有一定的影響，如圖2-7所示。隨著回火參數(shù)的提高焊縫金屬的抗拉強度和屈服強度不斷下降。對于2.25Cr-1Mo鋼焊縫金屬，當回火參數(shù)超過20.65時，435℃的高溫短時抗拉強度已降低到標準規(guī)定的下限值?；鼗饏?shù)20.65相當于690℃×30h的回火處理。因此，為保證2.25Cr-1Mo鋼焊縫金屬的強度，在690℃回火時間不應(yīng)超過30h，如制造工藝過程要求工件多次熱處理累計時間超過30h，則應(yīng)適當降低回火溫度。焊接接頭各區(qū)的硬度與回火參數(shù)的關(guān)系和抗拉強度相似。焊后熱處理對低合金耐熱鋼焊接接頭的高溫持久強度有獨特的影響。圖2-8對比了三種不同熱處理狀態(tài)的2.25Cr-1Mo鋼焊縫金屬的蠕變強度。從中可見，較高的回火溫度由于提高了組織穩(wěn)定性而延長了蠕變斷裂時間。延長回火處理保溫時間同樣有利于提高接頭的高溫持久強度。室溫σ室溫σb室溫σs435℃σb435℃σsσb室溫≥460MPaASMEⅧ-2σb435℃≥460MPaASMEⅧ-220.020.50.60.70.80.921.0回火參數(shù)P=T(20+lgt)×10-3650600550500450400350200抗拉強度和屈服強度/MPa(δ=50～150mm)[w(C)=0.12%、w(Cr)=2.24%、w(Mo)=0.94%]圖2-7回火參數(shù)對2.25Cr-1Mo焊縫金屬抗拉強度的影響0.1110100100010000100000蠕變斷裂時間/h0.1110100100010000100000蠕變斷裂時間/h試驗溫度：500℃F·C=爐冷620℃/1hF·C720℃/1hF·C900℃/1hF·C5004003002001000應(yīng)力/MPa圖2-8焊后熱處理參數(shù)對2.25Cr-1Mo鋼焊縫金屬蠕變強度的影響2.3.2低合金耐熱鋼焊接接頭力學(xué)性能典型數(shù)據(jù)低合金耐熱鋼主要用于高溫受壓或承載焊接部件。接頭力學(xué)性能包括高溫持久強度，直接決定了焊件的運行可靠性和使用壽命，尤其是對于某些低合金耐熱鋼，其接頭的高溫持久強度往往低于母材的下限值。因此，必須積累大量的接頭力學(xué)性能數(shù)據(jù)，特別是高溫性能數(shù)據(jù)，作為結(jié)構(gòu)計算強度的依據(jù)。在低合金耐熱鋼焊接工藝試驗和新型焊接材料的研制過程中，測定焊縫金屬和接頭的高溫持久強度是必不可少的。表2-5列出了鉻鉬低合金鋼焊縫金屬的典型數(shù)據(jù)。表2-5鉻鉬低合金鋼焊縫金屬的典型數(shù)據(jù)鋼號焊接方法焊材牌號強度性能沖擊吸收功/J焊后熱處理參數(shù)蠕變斷裂強度(500℃10000h)/MPaσ0.2/MPaσs/MPaδ(%)15CrMoA213-T12A335-P11,12A387-11,12焊條電弧焊E8016-B2490(450℃，352)5874502924(-20℃)147690℃/1h176(720℃/1h)埋弧焊F9P2-EG-B2519(450℃，411)6274902818(-30℃)157650℃/1h147(720℃/6h)鎢極氬弧焊ER80S-G48057831(0℃)303620℃/1h—12Cr2MoA387-22A335-P2210CrMo910焊條電弧焊E9016-B3460(450℃，362)6174702620(-30℃)127步冷處理：(-30℃)117690℃/27h127(690℃/27h)埋弧焊F9P2-EG-B3470(450℃，352)6074402719(-30℃)147步冷處理：(-30℃)117690℃/8h166(690℃/8h)鎢極氬弧焊ER90S-G51962728(0℃)254690℃/1h1372.4不同低合金耐熱鋼接頭的焊接在大型高溫工業(yè)設(shè)備中，各部件的工作溫度往往是不同的。例如，亞臨界和超臨界電站鍋爐的受熱面部件中，從膜式水冷壁、過熱器到再熱器，其壁溫差達300～400℃。因此，從經(jīng)濟角度考慮，應(yīng)選用不同等級的耐熱鋼。這樣，在各部件的連接中，會出現(xiàn)異種鋼接頭的焊接。最常見的異種耐熱鋼接頭有：不同低合金耐熱鋼種之間的接頭，低合金耐熱鋼與中合金耐熱鋼種之間的接頭，不同中合金耐熱鋼之間的接頭，低合金耐熱鋼、中合金耐熱鋼與高合金耐熱鋼之間的接頭。兩相焊鋼種的化學(xué)成分和物理性能差別愈大，異種鋼接頭的焊接問題愈復(fù)雜。例如，低合金耐熱鋼與高合金耐熱鋼接頭在高溫（450℃以上）長時間工作后，在接頭熔合區(qū)高合金耐熱鋼側(cè)會出現(xiàn)增碳層和高硬度區(qū)，而低合金耐熱鋼側(cè)則會出現(xiàn)貧碳帶和軟化區(qū)，并最終導(dǎo)致異種鋼接頭的提前失效。2.4.1不同低合金耐熱鋼接頭焊接材料的選用對于不同鋼種低合金耐熱鋼異種鋼接頭焊接材料的選擇比，原則上按其中合金成分較低的鋼種選擇，例如15CrMo鋼與12Cr2Mo鋼之間的異種鋼接頭可以選用R302或R307焊條，以及H08CrMoA焊絲。因為在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，總是將異種鋼接頭布置在工作溫度較低的一側(cè)，接頭的力學(xué)性能可以滿足產(chǎn)品技術(shù)條件的要求，且焊接工藝相對比較簡單。各種不同低合金耐熱鋼接頭焊接材料的選用見表2-6。表2-6常用耐熱鋼異種鋼接頭焊接材料選用表異種鋼接頭相焊種焊接材料焊條電弧焊TIG/MIG、MAG焊埋弧焊15Mo+12CrMo，15CrMoR102，R107H08MnSiMoH08MnMo15CrMo+12Cr1MoVR302，R307H08CrMnSiMoH12CrMo15CrMo+12Cr2MoR302，R307H08CrMnSiMoH12CrMo12CrMoV+12Cr2MoWVTiBR312，R317H08CrMnSiMoVH08CrMoV12Cr1MoV+1Cr5MoR312，R317H08CrMnSiMoVH08CrMoV12Cr2Mo+10Cr9Mo1VNbR407H08Cr3MoMnSiH08Cr3MnMoA12Cr2Mo+10Cr9Mo1VNbR717E905-B9(AWS)EB9(AWS)12Cr2Mo+X20Cr9MoV12-1R407H08Cr3MoMnSiH08Cr3MnMoA12Cr2Mo+20CrMoV12-1ECrMoWV12B42(EN1599:2023)WCrMoWV12Si(EN12070:2023)SCrMoWV12/SAFB2(EN12070/760)10Cr9Mo1VNb+1Cr18Ni9Ti0Cr18Ni11Nb1Cr20Ni14Si2ENiCrFe3ErNiCrFe3—15CrMo+1Cr18Ni9Ti12Cr1MoV+0Cr18Ni11Nb12Cr2Mo+1Cr20Ni14Si2ENiCrFe3ERNiCrFe-3—15CrMo+1Cr18Ni9Ti12Cr1MoV+0Cr18Ni11Nb12Cr2Mo+1Cr20Ni14Si2A312A402，A407H1Cr24Ni13Mo2H1Cr24Ni3Mo2在選用異種耐熱鋼焊接接頭的焊接材料時，主要考慮以下因素：兩相焊鋼種的合金成分及其含量的差別等級；所選用的焊接方法接頭形式以及可能達到的最大稀釋率；兩相焊鋼種對同種鋼接頭所規(guī)定的焊后熱處理溫度；異種鋼接頭的最高工作溫度和所要求的最低壽命期限；對異種鋼接頭常溫和高溫力學(xué)性能的要求；對異種鋼接頭生產(chǎn)成本的要求。2.4.2異種耐熱鋼接頭的焊接工藝原則編制異種耐熱鋼接頭的焊接工藝時，應(yīng)遵循以下原則：焊前的預(yù)熱溫度按合金成分含量較高的鋼種選定；焊后熱處理的溫度范圍應(yīng)控制在兩種鋼材均適用的溫度范圍，通常采用折中的辦法。如兩種鋼材的焊后熱處理溫度相差過大，則應(yīng)采取堆焊過渡層和分部熱處理的方法；為減少母材對焊縫金屬的稀釋作用，應(yīng)采用開坡口的接頭形式和低線能量的焊接方法；（4）當必須選用鎳基合金焊接材料焊接異種鋼接頭時，應(yīng)使用低熱輸入并采用窄焊道操作技術(shù)。第3章2.25Cr-1Mo鋼焊接性分析2.25Cr-1Mo（相當于我國的12Cr2Mo）低合金耐熱鋼，由于具有耐高溫、抗氫蝕、抗氧化以及良好的熱強性能，被廣泛應(yīng)用于電站、核能、石化行業(yè)中，是加氫設(shè)備制造的主導(dǎo)材料。2.25Cr-1Mo鋼在焊接時容易遇到以下問題：（1）焊接熱影響區(qū)對焊接線能量較敏感，如果焊接冷卻速度控制不當，容易導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)過熱區(qū)韌性大幅度下降；（2）由于該鋼淬硬傾向較大，焊接冷卻過程中焊接熱影響區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組織。加之大厚度鋼板在焊接時拘束應(yīng)力較大，如果焊接工藝措施不當，很容易產(chǎn)生冷裂紋。3.12.25Cr-1Mo鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能2.25Cr-1Mo鋼是低合金耐熱鋼中強度比較高的一種鋼，同時是高壓加氫裂化裝置中最常用的一種抗氫鋼。其淬硬傾向較大，焊條電弧焊熱影響區(qū)的冷裂紋敏感性較高。合金的質(zhì)量分數(shù)接近4%，主要以鉻、鉬合金元素為主，合金元素鉻能形成致密的氧化膜，提高鋼的抗氧化性能，還有阻止石墨化的作用。鉬是耐熱鋼中的強化元素，形成碳化物的能力比鉻弱，鉬優(yōu)先溶入固溶體，強化固溶體。鉬也有阻止石墨化的作用，故應(yīng)與鉻同時加入鋼中，以阻止碳的石墨化。鉬的熔點高達2625℃，固溶后可提高鋼的再結(jié)晶溫度，有效地提高鋼的高溫強度和抗蠕變能力。鉬還可以減少鋼材的熱脆性，提高鋼材的抗腐蝕能力。2.25Cr-1Mo鋼的化學(xué)成分見表3-1，力學(xué)性能示于表3-2。表3-12.25Cr-1Mo鋼的化學(xué)成分(％)材料CSPSiMnCrMo2.25Cr-1Mo0.08~0.15≤0.030≤0.030≤0.50.40~0.702.00~2.500.90~1.20表3-22.25Cr-1Mo鋼的力學(xué)性能材料室溫拉伸強度σb/MPa室溫屈服強度σ0.2/MPa室溫延伸率δ5/%室溫斷面收縮率φ/%沖擊功Akv/J(-30℃)高溫屈服強度σ0.2/MPa(454℃)2.25Cr-1Mo515~690≥310≥18≥20平均值≥54≥2303.22.25Cr-1Mo鋼的焊接特點1．回火脆性敏感性高2.25Cr-lMo鋼使用溫度在370～565℃范圍內(nèi)，鋼中的P、Sb、Sn和As等雜質(zhì)元素在原奧氏體晶界上偏析而產(chǎn)生晶界脆化現(xiàn)象，而過多的Si、Mn對脆化有促進作用，這些就造成母材及焊接接頭韌性下降，一些小的缺陷就有可能得到較快擴展而引起設(shè)備失效。2．缺口敏感性高2.25Cr-lMo由于合金元素的加入，材料的高溫強度提高了，而相對韌性降低，無論是材料本身還是操作工況都決定了它的缺口敏感性較碳素鋼和奧氏體鋼更高，因此設(shè)計或者加工制造中，任何較高的應(yīng)力集中源對設(shè)備都可能是致命的。3．可焊性較差同普通碳素鋼設(shè)備相比，2.25Cr-lMo材料焊接性能較差，淬硬傾向大，焊后易出現(xiàn)冷熱裂紋，長期在高溫下使用時在應(yīng)力集中處可能會產(chǎn)生蠕變脆化。其焊接接頭除容易出現(xiàn)常規(guī)的缺陷外，還容易出現(xiàn)焊接熱裂紋和延遲裂紋。3.32.25Cr-1Mo鋼焊接的技術(shù)要求1．冶煉與化學(xué)成分2.25Cr-lMo鋼回火脆性敏感性高與材料化學(xué)成分密切相關(guān)，因此對材料提出應(yīng)采用堿性電爐或純氧頂吹轉(zhuǎn)爐加真空脫氣精煉工藝冶煉的本質(zhì)細晶粒鎮(zhèn)靜鋼[13]?；瘜W(xué)成分應(yīng)符合C(max)≤0.15％，Si(max)≤0.20％，Mn=0.30％～0.60％，P(max)≤0.010％，S(max)≤0.010％，Cr=2.00％～2.50％，Mo=0.90％～1.10％，Ni(max)≤0.20％，Cu(max)≤0.20％，Sb(max)≤0.003％，Sn(max)≤0.015％，As(max)≤0.016％。相對于GB150—l998附錄H的規(guī)定，對Si、P、S含量提出了更高的要求，同時提出Ni、Cu含量要求，并限制Sb、Sn、As等雜質(zhì)的最大含量。2．回火脆性敏感性參數(shù)及脆化傾向評定2.25Cr-lMo鋼的回火脆性敏感性主要由X和J系數(shù)反映，X或J系數(shù)值越高，則表明其回火敏感性越大。J=w(Si+Mn)×w(P+Sn)×104≤120％(3-1)X=10w(P)+5w(Sb)+4w(Sn)+w(As)/100×0-6≤15×10-6(3-2)由上式可以看出減少P、Sn、Sb、As等雜質(zhì)元素含量可降低脆性敏感性，限制Si、Mn含量也是抑制回火脆性的有效手段，因此對于Si含量在保證規(guī)定的力學(xué)性能指標的前提下應(yīng)盡可能低。通常對回火脆化傾向評定試驗是通過對材料進行“分步冷卻”脆化處理，得到“分步冷卻”處理前后轉(zhuǎn)變溫度增量，以此來衡量材料的脆化傾向。衡量的參數(shù)為ΔVTr54（沖擊功為54J時相應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度的增量）應(yīng)滿足下式：VTr54+2.5ΔVTr54≤10℃(3-3)3．碳當量計算碳當量法是一種粗略評價冷裂紋敏感性的方法。碳當量值越高，鋼的淬硬傾向就越大，鋼的冷裂紋敏感性也就越大，焊接性就越差。國際焊接學(xué)會（IIW）所推薦的CE計算公式如下：CE=w(C)+w(Mn)/6+w(Cr+Mo+V)/5+w(Ni+Cu)/15(3-4)式中w(X)是表示該元素在鋼中的質(zhì)量分數(shù)（%），計算碳當量時，應(yīng)取其成分的上限。該式主要適用于中高強度的非調(diào)質(zhì)低合金高強度鋼（σb=500～900MPa），因此，2.25Cr-1Mo鋼適合式(3-4)，計算可得CE約為0.512。由于2.25Cr-1Mo鋼的碳當量值大于0.5%，鋼材易于淬硬，焊接時必須預(yù)熱才能防止裂紋。隨著板厚及碳當量的增加，預(yù)熱溫度也相應(yīng)增高，一般可在70～200℃之間[14]。4．焊接冷裂紋敏感指數(shù)焊接冷裂紋敏感指數(shù)（Pc）不僅包括了母材的化學(xué)成分，又考慮了熔敷金屬含氫量與拘束條件的作用。Pc=w(C)+1/30w(Si)+1/20w(Mn+Cu+Cr)+1/60w(Ni)+1/15w(Mo)+1/10w(V)+5w(B)+δ/600+H/60(%)(3-5)式中：δ——板厚，mm；H——焊縫中擴散氫含量，mL/100g。式(4-2)適用條件：w(C)=0.07～0.22%，w(Si)≤0.06%，w(Mn)=0.04～1.40%，w(Cu)≤0.50%，w(Cr)≤1.20%，w(Ni)≤1.20%，w(Mo)≤0.70%，w(V)≤0.12%，w(Nb)≤0.04%，w(Ti)≤0.05%，w(B)≤0.05%，δ=19～50mm，H=1.0～8.0mL/100g。通過計算可以得到2.25Cr-1Mo鋼的冷裂紋敏感指數(shù)Pc約為0.397。為了防止冷裂紋所需要的最低溫度T0(℃)：T0=1440Pc－392℃(3-6)通過上述計算的指標分析表明：2.25Cr-1Mo鋼焊接淬硬傾向大，容易產(chǎn)生冷裂紋，焊接時必須預(yù)熱才能防止冷裂紋，通過冷裂紋敏感指數(shù)Pc確定最低預(yù)熱溫度為180℃。5．材料熱處理2.25CrlMo鋼板都應(yīng)以正火+回火狀態(tài)供貨，鋼廠應(yīng)以試板進行正火+回火+模擬焊后熱處理，達到要求的力學(xué)性能和金相組織基本上是貝氏體為原則。6．材料的檢驗2.25Cr-lMo鋼板應(yīng)逐張進行超聲波檢驗，因為其缺口敏感性高，為避免潛在的危險源存在而提高了相應(yīng)的檢驗級別，其結(jié)果應(yīng)符合JB4730中I級為合格，檢驗級別高于GB150—2023的要求。對于2.25Cr-lMo鍛件檢驗級別等要求參照鋼板執(zhí)行。7．結(jié)構(gòu)設(shè)計要求為解決2.25Cr-lMo鋼可焊性差、缺口敏感性高、焊后易出現(xiàn)熱裂紋和延遲裂紋的缺陷，在設(shè)計中應(yīng)減少應(yīng)力集中及截面突變，焊接接頭采用全焊透結(jié)構(gòu)，焊接余高要求不大于2mm，且打磨光滑。為減輕連接處的應(yīng)力集中水平，對封頭上較大接管采用鍛制厚壁管加翻邊并與器壁對接焊接結(jié)構(gòu)，其余筒體接管采用鍛件管臺補強方式，一律不采用補強圈補強結(jié)構(gòu)，接管管臺的內(nèi)側(cè)應(yīng)圓角過渡，接管與筒體的角焊縫、所有結(jié)構(gòu)尖角打磨呈圓滑過渡，不得有裂紋、咬邊和棱角。法蘭全部采用對焊法蘭，避免搭接焊縫的出現(xiàn)。第4章2.25Cr-1Mo焊接性試驗及焊接工藝評定4.1焊接性試驗材料準備4.1.1焊接性試驗內(nèi)容掌握2.25Cr-1Mo鋼焊接的基本操作技能；進行低合金耐熱鋼2.25Cr-1Mo鋼非對稱X型坡口焊接試驗；進行2.25Cr-1Mo鋼焊接接頭組織性能研究；對2.25Cr-1Mo鋼焊接接頭金相組織進行觀察與分析；測定2.25Cr-1Mo鋼焊接接頭的維氏硬度；進行2.25Cr-1Mo鋼的焊接工藝評定。4.1.2試驗設(shè)備及材料（1）試驗設(shè)備2.25Cr-1Mo鋼的焊接性試驗的設(shè)備如表4-1所示。表4-1試驗器材名稱數(shù)量埋弧電焊機1臺砂輪機1臺游標卡尺1個鋼鋸1把保溫箱1臺粗細金相砂紙若干套平板玻璃1塊拋光機1臺吹風(fēng)機1臺4%的硝酸酒精溶液、無水乙醇、脫脂棉若干金相顯微鏡1臺401MVA顯微維氏硬度機1部（2）試驗材料①母材：2.25Cr-1Mo低合金耐熱鋼板，形狀尺寸為800×200×92mm；②焊接材料：US-521S焊絲，Φ4.0mm；PF-200焊劑，60～16目。US-521S焊絲和PF-200焊劑的化學(xué)成分分別示于表4-2、4-3。表4-2US-521S焊絲的化學(xué)成分(%)CMnCrSiMoNiPS0.070.752.310.430.99—≤0.03≤0.03表4-3PF-200焊劑的化學(xué)成分(%)SiO2Al2O3MnOCaOMgOTiO2CaF2SP30~3513~1814~1910~18——14~20≤0.06≤0.074.22.25Cr-1Mo鋼焊接工藝試驗根據(jù)以上的分析，2.25Cr-1Mo鋼的焊接工藝應(yīng)避免焊接裂紋的出現(xiàn)。為了防止焊接裂紋，制定合理的焊接工藝，應(yīng)從降低鋼材焊縫熱影響區(qū)的淬硬性，減少焊縫的擴散氫含量及降低焊接區(qū)的拘束應(yīng)力入手。4.2.1焊接方法的選擇針對不同的產(chǎn)品，通過選擇合理的焊接方法及工藝規(guī)范，可大大地降低生產(chǎn)成本，提高焊接質(zhì)量，降低勞動強度，改善勞動環(huán)境，對企業(yè)的生存和發(fā)展有舉足輕重的影響。選擇合理的焊接工藝方法應(yīng)考慮一下原則：（1）根據(jù)企業(yè)的焊接設(shè)備情況選擇的焊接工藝方法應(yīng)能提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量；（2）應(yīng)盡量減少焊接工序，降低勞動強度，提高工作效率；（3）在能滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量減少焊接材料的消耗。本課題研究的是加氫反應(yīng)器的焊縫，焊接母材為2.25Cr-1Mo鋼，其試板尺寸為800×200×92mm，2.25Cr-1Mo鋼是在正火狀態(tài)下使用。埋弧焊的特點都符合以上的原則，所以采用的焊接方法為埋弧焊（SAW）。4.2.2焊接材料的選擇焊縫的組織和性能在很大程度上取決于焊接材料，Cr-Mo耐熱鋼焊接接頭應(yīng)具有與母材相同的抗氧化性和熱強性，應(yīng)選用焊縫性能與母材匹配的焊接材料，并且不應(yīng)低于產(chǎn)品的最低性能指標。2.25Cr-1Mo鋼的焊接材料通常有兩種，一種為選用與母材相匹配的耐熱鋼焊條，另一種采用奧氏體鋼焊條。采用奧氏體焊條由于焊縫金屬與母材的膨脹系數(shù)不同，長期高溫工作還可能發(fā)生碳的擴散遷移現(xiàn)象，容易導(dǎo)致在熔合區(qū)發(fā)生破壞。因此，該焊接工藝較多應(yīng)用于局部補焊或者焊后不易進行熱處理的部位，2.25Cr-1Mo較普遍采用耐熱鋼焊條。另外，為了滿足高溫抗氫腐蝕要求，焊接材料必須保證Cr和Mo的含量，盡量降低焊縫中C、S、P的含量；為了減小焊縫回火脆性，還要控制焊接材料中的含Si量，并限制微量元素Sn、Sb、As等的含量，單為了防止結(jié)晶裂紋傾向，焊縫含量往往要比母材低（但一般不低于0.07%）。在表4-2、4-3中可以看出用焊絲US-521S、焊劑PF-200可行，因此選用焊絲為US-521S、焊劑為PF-200。焊絲熔敷金屬化學(xué)成分如表4-4所示。表4-4焊絲熔敷金屬化學(xué)成分(％)焊絲CMnCrPSSiMoCuNiUS-521S0.07~0.15≤1.22.0~2.5≤0.03≤0.03≤0.80.9~1.2≤0.35—但是，在2.25Cr-1Mo的耐熱鋼焊縫金屬中，擴散氫含量增加容易產(chǎn)生冷裂紋，需考慮到焊條和焊劑水分含量對于焊接無氫致裂紋接頭的重要性，且由于低氫型焊條容易吸潮，因此焊接材料在焊接前應(yīng)根據(jù)說明書進行徹底烘干。4.2.3焊接規(guī)范參數(shù)的選擇2.25Cr-1Mo的焊接在預(yù)熱狀態(tài)下進行，焊接線能量不宜過高，否則焊縫金屬冷卻速度過慢，接頭各區(qū)的溫度過高而使晶粒粗大，影響塑韌性。同時低電壓短弧操作，以減少合金元素的燒損，保證接頭合金成分的一致。故焊接規(guī)范如表4-5所示。表4-5各層焊縫焊接規(guī)范及工藝參數(shù)焊道/焊層焊接方法填充材料焊接電流焊接電壓(V)焊接速度(cm