國產特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板焊接工藝評定試驗研究

吳曄華(威海石島重工有限公司，山東威海 264309）

吳北良(沈陽清華鍋爐有限公司，遼寧沈陽 110027）

國產特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板焊接工藝評定試驗研究

吳曄華(威海石島重工有限公司，山東威海 264309）

吳北良(沈陽清華鍋爐有限公司，遼寧沈陽 110027）

本文采用埋弧焊進行了國產198mm特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板的焊接工藝評定試驗,對其焊接接頭的力學性能進行了測試評定。通過選擇合理的焊接參數、焊前預熱、中間消應處理、焊后熱處理等工藝措施，評定出了良好的接頭性能，為公司做好了技術儲備。

國產；厚板；埋弧焊；工藝評定

在加氫脫硫、加氫裂化裝置中，反應器等設備的母材主要是214Cr-1Mo（國標：12Cr2Mo1R）鋼。近年來，隨著加工油品日趨重質化或超重質化,生產裝置和設備日趨大型化，對214Cr-1Mo厚板的需求也越來越多。

重大技術裝備的國產化，是我國的一項長期戰略任務。經過多年努力，我國的高壓加氫設備國產化工作已取得了豐碩成果。我公司利用舞陽鋼鐵有限責任公司自主研發的198mm特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板開展了焊接工藝評定試驗,響應國家厚板國產化號召的同時，又為后期焊接工藝評定的儲備工作打下堅實基礎。

1 埋弧焊焊接工藝評定試驗

12 Cr2Mo1R（H）鋼板是以Cr、Mo為主要合金元素的低合金結構鋼，它不僅具有良好的抗氧化性和熱強性，還具有一定的抗硫和氫耐蝕能力。但這種鋼的淬硬傾向較大，焊接時在焊縫和熱影響區易產生硬而脆的馬氏體組織，而且還有很大的內應力，容易產生冷裂紋，而且在熱處理后容易產生再熱裂紋。與普通的合金鋼相比，制定12Cr2Mo1R（H）鋼板的焊接工藝時，除防止焊接裂紋外，最重要的是保證焊接接頭性能。

焊接材料的選用原則是焊縫金屬的合金成分、強度性能應基本與母材保持一致。若二者成分相差太大，產品焊接接頭在長期高溫的工作狀態下，會因成分不同導致合金元素的擴散，使高溫接頭性能不穩定。焊縫強度不能選的過高，以免使塑性變差，冷彎角變小，甚至形成裂紋[1]。

1.1 試驗材料

母材：舞陽鋼鐵12Cr2Mo1R（H），試板厚度為198mm。焊接材料：日本神戶制鋼US-521S+PF-200，Φ4.0mm。

1.2 焊接試驗過程

（1）將試板坡口及附近20mm范圍內處理干凈后，100%MT檢測。

（2）組對，采用電加熱器預熱到160-250℃，試板坡口如圖1所示。

圖1 試板坡口形狀示意圖

（3）焊接工藝參數見表1。

表1 焊接參數

（4）層間溫度控制在160-300℃。

（5）背面采用碳弧氣刨清根，并用機械打磨見金屬光澤后，100%MT檢測。

（6）試板焊后立即進行(300-350)℃×2h的消氫處理。

（7）中間消應處理(620±20)℃×2h。

（8）焊縫打磨后進行100%UT、100%RT,焊縫表面100%MT檢測，合格。

（9）試板在熱處理爐內進行690℃×34h焊后熱處理。

1.3 試板理化試驗

1.3.1 焊縫熔敷金屬化學成分

采用濕法對焊縫金屬進行化學成分分析，其化學成分見表2。

表2 焊縫熔敷金屬化學成分（%）

回火脆化敏感性系數X=（10P+5Sb+4Sn+As）×10-2= 7.99ppm≤15ppm

1.3.2 焊接接頭板狀拉伸試驗

受試驗機能力限制，采用分層取樣，共兩組，每組六件。試驗結果見表3。

表3 焊接接頭板狀拉伸試驗

1.3.3 焊接接頭圓形拉伸試驗

焊接接頭的常溫、454℃圓形拉伸試驗結果見表4。

表4 焊接接頭圓形拉伸試驗

1.3.4 焊接接頭彎曲試驗

受試驗機能力限制，采用分層取樣，共四組，每組四件，試樣尺寸為40mm×10mm×300mm，D=4a，L=6.2a，α=180°，試驗結果無裂紋。

1.3.5 沖擊試驗

焊縫、母材和熱影響區的夏比（V形缺口）沖擊試驗結果見表5。

表5 沖擊試驗

1.3.6 焊接接頭硬度（HV10）試驗

在T/4處測量焊縫、熱影響區、母材的硬度，測定結果見表6。

表6 T/4處硬度（HV

1.3.7 焊接接頭金相檢驗

（1）宏觀金相：在受檢面上未發現氣孔、夾渣、裂紋和未熔合等焊接缺陷，見照片1。

照片1低倍組織形貌

（2）微觀金相：金相組織為粒狀貝氏體，見照片2。

照片2金相組織

2 結語

按照合理的焊接工藝規范進行的埋弧焊焊接工藝評定試驗，得到了良好的焊接接頭強度、塑性和韌性。國產特厚12Cr2Mo1R（H）鋼板焊接工藝評定試驗的成功,解決了使用進口鋼板的制造周期長、生產成本高等問題。使用國產鋼板將給公司未來產品的生產帶來更大的選擇空間和經濟利益。

[1]丁宏.珠光體耐熱鋼的焊接工藝評定內容及焊接控制[C]//全國工業爐學術年會.2011.