珠光体耐热钢(知识资料)
12Cr1MoVG厚壁珠光体耐热钢管的焊接

表 1 化学成分 ( 量分数 ) 质
C S i Mn C r Mo V S
( ) %
P
图 1 坡 口形式和尺寸
( ) 焊 接 材 料 选 择 按 照 N / 7 1- 2 1 3 B T 405 0 l
5 m,壁厚 6=2 m a r 5 m。用 机 械 方 法 加 工 ,应 严 格 控
制 根部 间 隙 和坡 口钝 边 尺 寸 ,以确 保 打 底 焊 缝 彻 底
熔透。
2 .焊 接 性 分 析 1 C l VG为低 合 金 耐 热 钢 ,是 在 C — 2 rMo r Mo合 金 的基础 上 ,加 入 W =0 1 % ~0 3 % 的耐 热 钢 ,此 .5 .0 类 钢 的 c 含 量较 高 ,在 5 0~ 5  ̄ r 0 5 0C时具 有 较 高 的热
氩弧 焊 ( I TG)打底 ,焊条 电弧 焊 ( MAW) 填充 和 S
盖面 的焊接 工艺 方法 。
高度 重视 ,在 查 阅 了 大 量 书籍 资料 和借 鉴 兄 弟 单 位
施 焊 经 验 的 基 础 上 ,我 们 按 照 NB T 4 0 4 O 1 / 7 l _2 1 《 承压 设备 焊接 工艺 评定 》 的 要求 ,进 行 了焊 接 工艺 评 定 ,编 制 了焊 接 工艺 规 程 ( S 和焊 接 作 业 指 WP ) 导书 ( wwI ,对 管道 的焊接 施工 起 到 了较好 的指导 )
3 .焊 接 准 备 ( )焊接 方 法 1 在 蒸 汽管 道 的管 子 对 接 时 ,对
打底 焊缝 的 质 量 要 求 较 高 ,不 仅 要 求 焊 缝 熔 透 、背 面齐平 ,还 要 求 焊 缝 背 面 不 得 有 内 凹和 焊 瘤 现 象 ,
珠光体钢

异种奥氏体钢焊接接头热处理工艺的选择取决于钢材的牌号、构件的形状和工作条件。不需要消除焊接应力 和在中等温度条件下工作的一般耐热钢焊接时,可以不进行焊后热处理。对于制造要求和使用条件中规定要消除 焊接应力的构件,则在800 ~ 850 ℃下作稳定化处理就足够了。对于在高温下工作的构件来说,焊接构件最好 在1 100 ~1 150 ℃下做奥氏体化处理。但如果要求抗晶间腐蚀时,奥氏体化处理温度就不要超过1 050 ℃。 如果焊接接头中使用了弥散强化的奥氏体钢,则焊后必须进行热处理来恢复近缝区的性能,此时,热处理工艺的 选择,通常按弥散强化钢的要求进行。
珠光体钢的焊条、预热及焊后热处理,如果被焊异种钢中有淬硬性倾向大的钢,就得进行适当的预热。淬硬 性倾向大的珠光体钢与奥氏体钢异种接头还需焊后热处理,以防出现淬硬组织,降低焊接残余应力和防止出现冷 裂纹,由于上述焊接接头在熔合区产生脆化和扩散层,尤其在焊接大厚度刚性构件时,焊件在回火处理或以后使 用的过程中可能出现熔合区脆断。为此,可用高镍焊条先在珠光体钢坡口面堆焊,然后在焊接。由于珠光体钢与 奥氏体钢膨胀系数不同,焊后在接头处产生很大的残余应力,可借助适当的系统设计和接头布置减小作用于接头 的外载荷,需要时可以增加过渡层 。
中温作业,即使使用温度低于427 ℃时,一般不采用奥氏体不锈钢填充金属,而用Ni-Cr-Fe填充金属。多道 焊时,根据各焊道的变化,可采用多种填充金属。 Q235钢用于奥氏体不锈钢焊接的焊接材料。
采用不锈钢填充金属时,为使珠光体侧焊缝金属中产生奥氏体加铁素体组织,并减小熔合区,焊缝塑性降低, 可在珠光体钢坡口面先用含镍量高的奥氏体焊条堆焊,然后加工,再用含镍量低的奥氏体焊条焊接接头,用于 371 ℃以上条件的珠光体钢与奥氏体钢异种接头,通常采用镍合金作填充金属。这类填充金属用于在温度周期变 化中工作的过渡接头,有下列的优点:能容许多种母材稀释而不产生对裂纹敏感的组织;对碳的溶解度低,可减少 碳从低合金钢迁移到裂缝内部。当选用的镍合金填充金属(如ERNiCr-3)的线膨胀系数接近于低合金钢(如2。
15Mo3常用执行标准

15Mo3常用执行标准
15Mo3属于欧标压力容器钢板舞钢产品简介:
一、15Mo3属珠光体耐热钢,在较高温度下、在长时间负荷情况下仍能显示出特性的钢种。
用于低中压锅炉(工作压力一般不大于5.88Mpa,工作温度在450℃以下)的受热面。
二、15Mo3用途:
用于高压锅炉(工作压力一般在9.8Mpa以上,工作温度在450℃~650℃之间)的受热面管子、省煤器、过热器、再热器等。
三、15Mo3产地:舞阳钢厂
执行标准:DINI7155
四、欧标钢板牌号有哪些:P235GH P295GH HII/P265GH P275NH P275NL P355GH P355NH P355NL1 P460NH 15Mo3 16Mo3 13CrMo4-5 10CrMo9-10 S235JR S235J2 S235JO S275JR S275J2 S275J0 S355JR S355J2+N S355JO S355k2 S355N S355NL 15Mo3合金管一般用于低中压锅炉(工作压力一般不大于5.88Mpa,工作温度在450℃以下)的受热面管子;用于高压锅炉(工作压力一般在9.8Mpa以上,工作温度在450℃~650℃之间)的受热面管子、省煤器、过热器、再热。
15Mo3常用执行标准:
GB/T8162----中国国家标准
GB5310 ——中国国家标准
ASME SA210 ——美国锅炉及压力容器规范
ASME SA213 ——美国锅炉及压力容器规范
DIN17175 ——联邦德国工业标准
化学成份
C:0.9-1.0Mo:0.1-0.2Mn:0.9-1.2Cr:0.5-1.0Si:≦0.35W:0.6-0.9。
珠光体耐热钢的焊接资料

小直径薄 壁管
大直径薄 壁管
2.5
6~8
110~130
8
2.4
10~15
当珠光体耐热钢母材铬的质量分数超过3% 时,焊缝背面也应通氩气保护,以改善焊 缝成形,防止焊缝表面氧化。 钨极氩弧焊电弧气氛具有超低氢的特点, 焊接珠光体耐热钢时可以降低预热温度, 有时甚至可以不预热。 (4)电渣焊 电渣焊接头晶粒十分粗大,对于一些重要 焊接结构,焊后必须经正火处理,以细化 晶粒,提高缺口冲击韧度。
碳化物在高温下聚集长大,造成钢的热强性 下降,或使钢材脆化。 W:W的作用与Mo相似,能强化固溶体,提 高蠕变强度。 Ti:是碳化物形成元素,可以析出弥散的 金属间化合物,提高高温强度,抗晶间腐 蚀能力和抗氧化能力,并可提高蠕变强度, 改善钢的焊接性。 C:提高钢的蠕变强度,但C增大,钢的 塑性、焊接性、耐蚀性及抗氧化能力下降。
一、耐热刚的概念
定义:具有足够的高温强度和较好的抗 高温氧化性能的钢,称为耐热钢。 (一)耐热钢的分类 按正火组织(供货状态下的组织)可分 为珠光体钢、马氏体钢、铁素体钢和奥氏 体钢等。
二、珠光体耐热刚的特性
珠光体耐热钢是以铬、钼为主要合金元 素的低合金耐热钢,其供货状态(正火或 正火加回火)组织是珠光体(或珠光体加 铁素体),故称珠光体耐热钢。 珠光体耐热钢的特性通常用高温强度和 高温抗氧化性两种指标来表示。 1.高温强度(抗热性) 衡量高温强度的指标有蠕变强度和持久 强度两个。
(1)蠕变强度:蠕变是指在高温下钢的强度 较低,当受到一定应力的作用时,会发生 变形量随时间而逐渐增大的现象。蠕变强 度是钢在一定温度下,在规定的时间内产 生一定的微量变形时的应力。 (2)持久强度:钢在一定温度下,经规定的 时间发生断裂的应力,称为持久强度。 将Mo、W、V、Ti、Nb、B等合金元素加入 钢中,能提高钢的室温和高温强度。
火力发电厂珠光体耐热钢的焊接

火力发电厂珠光体耐热钢的焊接摘要:随着现代科学技术的发展和应用要求的逐步提高,具有特殊性能的新型结构材料不断涌现,对焊接技术的要求也越来越高。
因此,材料的可焊性,特别是金属材料的可焊性越来越受到重视。
关键词:珠光体耐热钢;焊接;应用前言珠光体耐热钢在450-620℃下具有良好的蠕变强度和工艺性能,良好的导热性和低膨胀系数。
由于价格低廉,广泛应用于450~620℃范围内各种耐热结构材料的生产。
如电站锅炉钢管、高压容器、换热管等。
1珠光体耐热钢强化机理珠光体耐热的工业化生产过程较复杂,影响珠光体耐热组织和性能的因素也很多。
提高珠光体耐热强度主要有以下途径。
1.1增大拉拔时的总压缩率从理论上讲,只要增大钢丝冷拔时的总压缩率,就可以得到高强度的钢丝,但在实际操作中会受到多种因素的制约,难度很大。
例如珠光体耐热被冷拔到一定程度之后,断丝率就会很高,使生产无法正常进行,未断珠光体耐热的塑性和韧性也会逐渐下降,引发捻制时钢丝出现断丝。
1.2增大碳含量碳含量较大的过共析钢丝具有的层片状珠光体组织既具有较高的加工硬化率,拉拔变形后可获得更高的强度,同时具有良好的塑性,在大变形量的拉拔过程中不易断裂。
目前我公司已开发从碳质量分数为0.0072(72C)和0.0082(82C)的普通强度亚共析钢丝和高强共析钢丝提升到碳质量分数为0.0092(92C),0.0097(97C)和0.0102(102C)的超/特高强度过共析钢丝。
对于超/特高强度过共析钢丝,其强化机理有很多,如细晶强化、弥散强化、过剩相强化和固溶强化等。
(1)细晶强化。
当应变量较小时,珠光体钢丝屈服强度(σy)与晶粒直径(d)的关系满足Hall-Petch关系:σy=σ0+Kd-1/2式中,σ0和K是与材料有关的常数。
在晶粒细化阶段,细化晶粒可使晶界增加,位错运动受阻,缠结形成位错胞,且渗碳体片层的弯曲也会阻碍位错运动,材料的抗拉强度随着位错密度的增大而迅速提高,但由于晶粒细化,晶粒间易协调变形,使得塑性降低较小。
15CrMoR珠光体耐热钢焊接

T C) l aP - 9 ( =aO ̄ 36 C
供货状态 : 正火+ 回火
1 1CMo 的冷 裂 倾 向分 析 . 5r R 2
1 CMo 5 r R是以 C . 为基的低 合金耐热钢 , rMo - 一般都在热 处理状态下焊接 , 中加入 的 C 、 等元素一方面增加 了钢 钢 rMo 中碳化 物的形成能力 , 一方 面增加 了钢 的淬硬性 , 成焊接 造
有一定 的抗氢腐蚀能力 , 在石油化工等行业 中的应用 日趋 广 泛 。但由于钢 中含有较高含量 的 C 、 rC和其它合金元素 , 钢材
的淬硬倾 向较 明显 , 焊接性差 , 其主要 问题是 热影 响区硬化 , 冷裂纹及焊后热处 理时产生再热裂纹。我 厂重油催化改造中 油气大管部分选用 1 CMo 5 r R钢 , 规格 q7 0 1m 现对该钢 b 2x 2 m。 种 的可焊性 、 工艺参数及其热处理进行分析 、 设定 , 以为其实 际施工做理论支持。
含 量 % O1 .8 O3 .2 06 .2 0 2 00 9 .1 0 .1 08 0 .0 05 0 .0
由于 1CMo 5 r R存 在一 定 的冷裂 纹 和再热
机 械性 能 :r 4 5 a (= 5 M a  ̄= 1MP ,b5 0 P , r
裂纹倾 向 , 以在工艺上采取 一定 的预热 , 对其起 到好 的 所 将
接头的冷裂 敏感性增大。按 目前应用较多 的碳 当量计算公式
可计算 出 1CMo 5 r R钢的碳当量 。
PP+ + c5 =M0
式中 : 冷裂纹敏感 指数
=
cc + +± ( + 鱼警 % = )
(完整版)珠光体耐热钢

持久强度表明材料在高温和应力长期作用下的抗断裂能力,通常用以表示材料在给定温度下经过规定时间发生断裂的应力。持久强度是进行高温材料强度计算的另一个判据。有些部件如锅炉过热器管及再热器管,对蠕变速率的限制不严,但必须保证在使用期间内不致爆破。这些部件的主要设计依据便是持久强度。长期持久强度是通过较短期的持久强度试验求出规定温度和规定应力下到断裂所经历的时间外推求得的。通过对12Cr1MoV、12CrMo、10CrMo910等三种热强钢的持久强度数据分析表明,它们的持久强度均最佳服从对数正态分布,经不同时间运行后的12Cr1MoV钢其持久强度仍在其原始状态持久强度分散带内,揭示了高温性能数据资源共享的可行性。
1.2.2.4蠕变过程中析出相类型的转变
在高温和应力条件下长期作用下,由于珠光体中Fe3C的分解,固溶体内合金元素向碳化物过渡以及碳在α固溶体内扩散过程加速进行,会引起在蠕变过程中碳化物相析出类型发生变化,从而影响钢的热强性。
文献[7-13]对低合金铬钼钢和铬钼钒钢长期服役后的碳化物相进行了研究,其转变过程大致是:珠光体组织中Fe3C球化和分解,在铁素体基体中开始析出M7C3、M23C6、M2C等不同类型的碳化物,同时发生固溶体内合金元素的贫化,随工作时间的增长,碳化物颗粒也聚集长大,最后转变为M6C碳化物。
1.2.3珠光体耐热钢的热强性能
珠光体耐热钢是在高温和应力下长期使用的材料,因此要求钢具有长期热强性能,通常这指的是钢在高温和应力长期作用下的拉变形和抗断裂能力。它的基本判据是蠕变极限和持久强度。对紧固件用钢来说,松弛稳定性也是重要判据之一。
1.2.3.1蠕变极限
通常所说的蠕变极限都属于条件蠕变极限,它是由蠕变第二阶段的蠕变速率所确定下来的应力,或在一定时间间隔内达到规定的总形变时的应力。蠕变极限表明材料在高温下的形变抗力,它随温度的提高而降低。许可的蠕变形变的大小,取决于零部件的工作条件及对零部件所要求的使用期限。
珠光体耐热钢的化学成分及焊接性

珠光体耐热钢的化学成分和合金的组织,是为满足常温力学性能和保证高温性能而设计的。
高温,金属容易氧化和腐蚀,而长期受应力作用的同时还会发生“蠕变”。
因此为提高钢的抗氧化性,通常加入Cr、Al、Si元素,从而可在钢的表面形成稳定致密的保护性氧化膜Cr2O3、Al2O3等,以防止氧对铁的继续氧化。
为提高钢的热强性,加入Cr、Mo、W等元素可使铁素体基本固溶强化;加入V、Nb、Ti强碳化物形成元素,以形成合金碳化物(如V4C3、VC、NbC、TiC)沉淀强化;加入微量元素RE 和B等起净化并填充晶界的作用,并可阻碍晶界的扩散变形,使晶界强化。
珠光体耐热钢由于加入多量合金元素以提高热稳和热强性,因此也增大了钢的淬透性,近缝区(熔合线附近)存在淬硬脆化和延迟纹倾向,尤其含V钢在焊后热处理或高温长期工作中还会产生再热裂纹。
热影响区中加热温度处于ACl附近的区域还将发生回火软化,而可能成为蠕变断裂的起源。
某些耐热钢基体金属及焊接接头,当存在一定量的杂质元素(如钢中残余的P、As、Sb、Sn和焊缝金属中的O、Si、P等)时,还具有明显的回火脆性,使其在350~500℃的温度区间长期运行过程中发生剧烈脆变,导致失效或断裂。
为保证焊缝性能与母材相匹配具有热强性,焊缝成分应力求与母材相近。
为防止焊缝热裂段向,其含碳量应比基体金属低(但不低于0.07%),其他合金元素含量尽可能与母材相近,以获得相同的热物理性能和力学性能。
为消除近缝区的淬硬现象,应根据钢的成分及其结构尺寸,选择适当的预热温度和焊后热处理温度。
同时为控制软化区的软化程度,尽可能选择低的预热温度和偏小的线能量。
为防止回火脆性,应降低焊缝金属中的O、Si、P含量,这是最有效的措施。
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1.2关于珠光体耐热钢的研究
珠光体耐热钢在化工、石油设备中主要用于炉管、热交换器和其它受热面管子、高压加氢设备中的各种管道和高温紧固件。
1.2.1珠光体耐热钢的特点
珠光体耐热钢除碳钢外,大多是含有铬、钼元素,少数的还含有钒元素,但含量都不大,所以当加热、冷却时都能发生a γ相的转变。
经正火后,容易得到珠光体组织,因此,这类钢称为珠光体耐热钢。
作为石油化工热交换器和锅炉用钢,除了要求有较好的耐热性外,还要求有很好的焊接性能和冷加工性能,为此,这类钢应具有良好的塑性。
因此,其化学成分中含碳量都很低,其中钢管的含碳量要求更低,一般在0.1~0.15%C之间;钢板为0.20~0.30%C之间,最多不能超过0.30%C。
这类钢作为耐热钢,其耐热性虽然比奥氏体钢低,但它有许多优点:
1) 这类钢合金元素少,价格比较便宜;
2) 冷、热加工性能和焊接性能较好,热膨胀系数低,导热性能强,从而可
避免焊接时引起局部过热和产生较大的应力;
3) 热处理工艺简单,一般为正火加回火,能改善机械性能,也能利用热处
理细化组织。
但这类钢耐热性较差,它的工作温度一般不超过550~580℃。
1.2.2珠光体耐热钢的组织稳定性
在高温、应力长期作用下,由于扩散过程加快,钢的组织将逐渐发生变化。
由于组织的不稳定性将引起钢的性能的变化,特别是对钢的热强性、松弛稳定性等性能都会带来不利的影响。
珠光体耐热钢在高温长期工作条件下常见的组织不稳定现象有:
1.2.2.1石墨化
钢在高温、应力长期作用下,由于珠光体内渗碳体分解为游离石墨的现象称为石墨化。
低碳钢当温度于450℃以上,含0.5%Mo的钢在500℃左右长期工作时,都可能发生石墨化,此时,钢脆化,强度与塑性降低,可导致爆管等事故。
对由于长期过热导致爆管的20钢分析发现,其石墨化已达三级。
一般钢发生石墨化的时间约需几万小时。
防止0.5%Mo钢石墨化的最有效方法是实行进一步的合金化。
在钢中加入铬、钒、铌等强碳化物形成元素能有效地阻止石墨化。
1.2.2.2珠光体球化
低合金珠光体型耐热钢在高温和应力长期作用下,珠光体组织中片状渗碳体逐渐自发地趋向形成球状渗碳体,并慢慢聚集长大。
该现象称为珠光体球化。
文献[5]对碳化物的球化过程和机理进行了探讨。
影响球化的主要因素是温度、时间和化学成分。
实践表明,低合金耐热钢中加入铬、钼、钨、钒、铌等合金元素能显著地减弱其球化过程。
这些合金元素的单个加入或复合加入后都能起到良好的作用。
其原因是,它们能减弱碳在α固溶体中的扩散,同时这些合金元素又能与碳形成稳定的碳化物。
1.2.2.4蠕变过程中析出相类型的转变
在高温和应力条件下长期作用下,由于珠光体中Fe3C的分解,固溶体内合金元素向碳化物过渡以及碳在α固溶体内扩散过程加速进行,会引起在蠕变过程中碳化物相析出类型发生变化,从而影响钢的热强性。
文献[7-13]对低合金铬钼钢和铬钼钒钢长期服役后的碳化物相进行了研究,其转变过程大致是:珠光体组织中Fe3C球化和分解,在铁素体基体中开始析出M7C3、M23C6、M2C等不同类型的碳化物,同时发生固溶体内合金元素的贫化,随工作时间的增长,碳化物颗粒也聚集长大,最后转变为M6C碳化物。
1.2.3珠光体耐热钢的热强性能
珠光体耐热钢是在高温和应力下长期使用的材料,因此要求钢具有长期热强性能,通常这指的是钢在高温和应力长期作用下的拉变形和抗断裂能力。
它的基本判据是蠕变极限和持久强度。
对紧固件用钢来说,松弛稳定性也是重要判据之一。
1.2.3.1蠕变极限
通常所说的蠕变极限都属于条件蠕变极限,它是由蠕变第二阶段的蠕变速率所确定下来的应力,或在一定时间间隔内达到规定的总形变时的应力。
蠕变极限表明材料在高温下的形变抗力,它随温度的提高而降低。
许可的蠕变形变的大小,取决于零部件的工作条件及对零部件所要求的使用期限。
1.2.3.2持久强度
持久强度表明材料在高温和应力长期作用下的抗断裂能力,通常用以表示材料在给定温度下经过规定时间发生断裂的应力。
持久强度是进行高温材料强度计算的另一个判据。
有些部件如锅炉过热器管及再热器管,对蠕变速率的限制不严,但必须保证在使用期间内不致爆破。
这些部件的主要设计依据便是持久强度。
长期持久强度是通过较短期的持久强度试验求出规定温度和规定应力下到断裂所经历的时间外推求得的。
通过对12Cr1MoV、12CrMo、10CrMo910等三种热强钢的持久强度数据分析表明,它们的持久强度均最佳服从对数正态分布,经不同时间运行后的12Cr1MoV钢其持久强度仍在其原始状态持久强度分散带内,揭示了高温性能数据资源共享的可行性。
1.2.3.3松弛稳定性
保持线尺寸不变的受力试样或机件,在给定温度下,在力的作用方向上,靠弹性变形的减少,塑性变形的逐渐增加,使应力随时间逐渐自发降低的现象叫做松弛。
可以用下列条件来表示松弛过程:
ε
总= ε
弹
+ε
塑
=常数
σ≠常数
目前对松弛的机理还没有完整的认识,一般认为第一阶段松弛主要发生在晶界上,晶界的扩散过程起主要作用;第二阶段松弛主要发生在晶粒内部,由镶嵌块的转动或移动所引起的。
1.2.4.2 1Cr5Mo钢
1Cr5Mo是石化行业中广泛采用的珠光体耐热钢,在550℃以下有一定的热强性,650℃以下有较好的抗氧化性,在热石油介质中有很好的耐蚀性。
适用于制造石油蒸馏的管道及容器,广泛用于制造热交换器和再热器等。
近年来关于1Cr5Mo比较系统而深入的研究不多。
目前的研究主要集中在两方面,一是对在役的1Cr5Mo炉管进行组织性能分析及剩余寿命预测,二是对损坏的1Cr5Mo炉管进行失效分析。
加拿大学者May将转化炉炉管的高温蠕变损伤分为五级,各级对应于不同的剩余寿命,见图1-l所示。
张礼敬等利用这一方法对Cr5Mo炉管进行了剩余寿命的评估,即在破裂部位组织严重损伤,被定为E级(存在宏观裂纹);旧管部位的组织为B-C级(形成空洞),其接近总寿命的1/3。
文献[44]研究
了经长期高温压力服役后的1Cr5Mo耐热钢管道,分析了材料在服役条件下的显微组织和力学性能,不仅确保了设备的安全运行,而且也为能否超期服役及其剩余寿命估算提供可靠依据。
文献[45]对1Cr5Mo炉管失效原因进行了分析,指出了Cr-Mo钢炉管正常损伤和非正常损伤的原因,并提出了延长炉管使用寿命的建议。