2.25Cr1Mo0.25V鋼焊接材料再熱裂紋敏感性評估

李秀杰 段莉蕾 谷文

摘要： 針對2.25Cr1Mo0.25V鋼加氫反應器產品的焊接再熱裂紋敏感性，按照API 934#A 附錄B（2012）推薦的試驗方法對2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊絲/焊劑開展再熱裂紋試驗，以便評估該焊接材料再熱裂紋的敏感程度。

關鍵詞： 再熱裂紋；埋弧焊；敏感性

中圖分類號： TG-457.11

Abstract： In order to evaluate the sensitivity of hydrogen reactor， produced by CFHI and made of 2.25Cr-1Mo-0.25V steel， to the reheat crack， the reheat cracking sensitivity of 2.25Cr-1Mo-0.25V SAW welding wire / flux which were produced by the Japanese Kobe Steel was tested according to the test method recommended by the 934-A B （2012）. Finally， the sensitivity of this materials was evaluated.

Key words： reheat cracking； SAW； sensitivity

0 前言

2008年初，歐洲25臺2.25Cr1Mo0.25V鋼厚壁加氫反應器遇到了焊縫金屬再熱裂紋問題[1]。各地方實驗室做了大量的研究調查，通過Gleeble高溫拉伸試驗對焊接材料再熱裂紋的敏感性進行了等級劃分，作為焊接材料篩選試驗[2-3]，避免今后的焊縫在后續的熱處理過程中產生再熱裂紋。

但是Gleeble拉伸試驗設備作為實驗室的非常規設備，在大多數實驗室不具備可行性。于是優化了這種試驗，利用常規拉伸試驗機進行再熱裂紋敏感性篩選試驗，并于2012年將這種試驗方法納入到了API 934A附錄B（2012）中[4-6]。

中國一重在2001年首次制造了第一臺設計溫度454 ℃，質量540 t的釩改進鋼鍛焊加氫反應器[7]。目前為止已經生產了多臺2.25Cr1Mo0.25V鋼加氫反應器，還未發現在低合金鋼焊縫中存在再熱裂紋問題。早在2011年，中國一重已經采用多種方法進行了加釩鋼焊接材料的再熱裂紋試驗。從2013年開始，中國一重承攬的一些加氫反應器產品技術條件中增加了對2.25Cr1Mo0.25V鋼焊接材料進行再熱裂紋檢測的要求[8-9]。為了滿足技術條件要求，對2.25Cr1Mo0.25V鋼配套的日本神鋼公司生產的埋弧焊焊材按照API934-A附錄B要求進行再熱裂紋敏感性篩選試驗，以驗證焊縫的再熱裂紋敏感性。

1 試驗材料及方法

按照API—934附錄B要求的試驗程序如下。

1.1 試板焊接

1.1.1 母材

所采用的母材為2.25Cr1Mo0.25V鍛件，其尺寸為30 mm×120 mm×550 mm。焊接過程中需添加墊板，墊板材料為Q345，尺寸為10 mm×50 mm×650 mm。

1.1.2 焊接材料

實際焊接參數見表1。

表2～表4焊接程序中列舉了再熱裂紋試驗的焊接環節要求，包括了材料、焊接參數及后熱的相關要求。

1.2 坡口形式及焊接順序

試板的尺寸、接順序及坡口形式如圖1所示，試板尺寸為500 mm×200 mm×30 mm，墊板尺寸為600 mm×60 mm×10 mm。

1.3 取樣位置

再熱裂紋試驗的試樣取樣位置位于試板表面下7 mm，同一厚度位置并排取樣數量為2個，API 934A附錄B（2012）規定的取樣位置如圖2所示，圖3為焊接試板的低倍形貌及實際試樣的取樣位置。

1.4 試樣尺寸及形式

試樣的形式及尺寸如圖4所示。

1.5 試驗程序

再熱裂紋試驗的高溫拉伸試驗程序為：①在空氣中試驗；②在20～40min內加熱到測試溫度650 ±3 ℃，采用三個熱電偶，熱電偶與試樣緊密接觸，其中一個在標距中間，其他兩個分別在橫截面開始減小的末端，三個熱電偶之間的溫度差別不超過±3 ℃；③保溫10±1 min；④以5×10-4mm/s的平均應變速率進行拉伸，或者以0.8 mm/min的衡量位移速率進行拉伸；⑤試樣冷卻后測量斷后收縮率，屈服強度，抗拉強度和斷后伸長率。

再熱裂紋試驗的高溫加熱過程中的溫度隨時間變化關系如圖5所示[3]。

1.6 驗收標準

兩個試樣的面縮率平均值大于等于32%，單個試樣的斷面收縮率大于等于29%，認為焊絲/焊劑組合的抗再熱裂紋性能是合格的。

2 試驗結果

篩選試驗在型號為CMT 5105微機控制電子萬能試驗機上進行的，用于測試的試驗機、尺寸測量設備、加熱設備和試驗氛圍等均滿足API934#A附錄B中要

求。試驗過程中按照2.5條中規定的試驗程序要求執行。通過試驗得到一些試驗數據。

再熱裂紋篩選試驗結果見表5，應力-位移曲線如圖6和圖7所示。

3 結論

（1）試驗采用埋弧焊的焊絲和焊劑結合，對制造過程中2.25Cr1Mo0.25V材料的再熱裂紋敏感性進行評估。這種試驗的優勢在于適用所有可能產生制造再熱裂紋的焊接金屬。

（2）采用這樣的試驗可以驗證2.25Cr1Mo0.25V材料的埋弧焊是否有產生再熱裂紋的敏感性。

（3）根據API934A附錄B（2012）再熱裂紋敏感性試驗方法，日本神戶制鋼所生產的埋弧焊焊絲焊劑在650 ℃保溫10 min后拉伸直至斷裂的斷面收縮值在50%以上，滿足標準要求的兩個試樣平均值≥32%（單個值≥29%）的技術要求。說明中國一重采用的日本神戶制鋼所生產的2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊接材料無再熱裂紋問題。

（4）雖然文中只記錄了兩個批次焊接材料的篩選試驗，后續又進行了更多批次的試驗，進一步驗證中國一重采用2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊接材料無再熱裂紋的敏感性。

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