低合金耐热钢的焊接技巧与注意事项

图6.4-1～图6.4-3、表6.4-1所示为低合金耐热钢的使用温度。图6.4-4和图6.4-5所示为合金元素对高温强度的影响及发展趋势。表6.4-2所列为常见低合金耐热钢的热处理制度。

图6.4-1 不同工业部门所用钢材的使用温度范围

A—碳钢及普通低合金钢 B—Cr-Mo珠光体耐热钢 C—5Cr-0.5Mo钢 D—9Cr-1Mo钢 E—Cr-Ni奥氏体钢 F—高温合金

表6.4-3和图6.4-6～图6.4-7所示为低合金耐热钢的化学成分、力学性能及连续冷却组织转变图。

图6.4-9所示为2.25Cr-1Mo钢和5Cr-0.5Mo钢的淬透性。图6.4-10～图6.4-13所示为回火参数对耐热钢力学性能的影响。

图6.4-2 高压氢介质中各种Cr-Mo钢的适用温度范围

图6.4-3 各种耐热钢的极限工作温度

图6.4-4 合金元素对钢的高温强度的影响

表6.4-1 不同的运行条件下各种耐热钢允许的最高工作温度

表6.4-2 常见低合金耐热钢的热处理制度

图6.4-5 铁素体耐热钢的发展趋势

表6.4-3 T91/P91钢、T92/P92钢的化学成分和力学性能

（续）

注：T91/P91钢的w（P）≤0.02%，w（S）≤0.01%；T92/P92钢的w（P）≤0.02%，w（S）≤0.01%。

图6.4-6 T91/P91钢的连续冷却组织转变图

评价耐热钢回火的程度时，可根据实验结果把时间、温度对相变反应速度的影响归纳为一个参数，即回火参数P：

P=T（20或10+lgt）×10^-3

式中 T——热力学温度（K）；

t——时间（h）。

图6.4-14所示为Cr-Mo耐热钢的蠕变性能。

图6.4-15所示为几种耐热钢冷裂纹试验结果，图6.4-16～图6.4-19所示为再热裂纹敏感性及影响因素。

针对低合金耐热钢，防止再热裂纹的措施如下：

1）采用高温塑性高于母材的焊接材料，限制母材和焊接材料的合金成分，特别是要严格限制V、Ti、Nb等合金元素的含量到最低的程度。

图6.4-7 T92/P92钢的连续冷却组织转变图

图6.4-8 2.25Cr-1Mo钢的连续冷却组织转变图

注：钢的化学成分（质量分数，%）：C=0.11，Si=0.21，Mn=0.47，Cr=2.29，Mo=1.02，Cu=0.18，Ni=0.14，V<0.01，S=0.010，P=0.010

图6.4-9 2.25Cr-1Mo钢和5Cr-0.5Mo钢的淬透性

图6.4-10 各种Cr-Mo钢的回火参数和抗拉强度之间的关系

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图6.4-11 Cr-Mo钢回火参数P与断口转变温度的关系

图6.4-12 1.25Cr-0.5Mo钢和2.25Cr-1Mo钢回火参数P对冲击吸收能量的影响

图6.4-13 回火参数P对1.25Cr-0.5Mo钢焊缝金属冲击吸收能量的影响

图6.4-14 Cr-Mo耐热钢10⁵h的蠕变断裂强度

图6.4-15 几种耐热钢的斜Y形坡口对接裂纹试验结果的比较

a）P91铸钢件、P91钢管和P22钢的比较 b）T23、T91、T22钢的比较 c）w（Cr）=12%的HCM12A和P91钢的比较 d）含较多W元素的NF616钢的试验结果

图6.4-16 再热裂纹与焊后热处理的关系

注：基本成分（质量分数，%）：0.16C-0.99Cr-0.46Mo-0.6Mn-0.3Si；斜Y形坡口小铁研试验。

图6.4-17 合金元素对钢材再热裂纹敏感性的影响

a）Cr、Mo含量对再热裂纹的影响（600℃×2h） b）Cr、Mo、V对再热裂纹的影响

1—1Mo 2—0.5Mo 3—0.5Mo-0.1V

图6.4-18 碳元素对再热裂纹的影响（600℃×2h，炉冷）

1—1Cr-0.5Mo-（0.08～0.09）V 2—1Cr-0.5Mo-（0.04～0.05）V

图6.4-19 V、Nb、Ti对再热裂纹的影响（600℃×2h，炉冷）

●、▲、■—0.6Cr-0.5Mo的V、Nb、Ti ○、△、□—1Cr-0.5Mo的V、Nb、Ti

2）将预热温度提高到250℃以上，层间温度控制在300℃左右。

3）采用小热输入的焊接工艺，减小焊接过热区宽度，细化晶粒。

4）选择合适的热处理制度，避免在敏感温度区间停留较长时间。

表6.4-4～表6.4-9所列为珠光体耐热钢焊接材料及其使用。

表6.4-4 珠光体耐热钢焊接材料的选用

表6.4-5 低合金耐热钢用药芯焊丝的化学成分、力学性能及用途

注：w（S）≤0.03：w（P）≤0.03

表6.4-6 低合金耐热钢GMAW焊接材料的选用

表6.4-7 低合金耐热钢埋弧焊、GTAW焊接材料的选用

表6.4-8 常用低合金耐热钢焊条和焊剂的烘干制度

表6.4-9 低合金耐热钢的预热温度和焊后热处理温度

①12Cr2MoWVB气焊接头焊后应正火+回火处理，推荐：正火1000～1030℃+回火760～780℃。