珠光體耐熱鋼焊接再熱裂紋的防治[1]

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1、珠光體耐熱鋼焊接再熱裂紋的防治王玨　　摘　要　為了解決珠光體耐熱鋼焊后熱處理過(guò)程中易產(chǎn)生再熱裂紋的問(wèn)題，分析了再熱裂紋的特征和產(chǎn)生機(jī)理，針對(duì)影響再熱裂紋的因素，提出預(yù)防措施。　　主題詞　不銹鋼　焊接　熱處理　裂紋　分析　防治　措施ToPreventtheReformationofThermalCracksonPearliticHigh-temperatureSteelWangJue　　Tosolvetheproblemofthermalcracksreformationonpearlitichigh-temperatureduri

2、ngpostweldheattreatment,thepropertiesandformationmechanismsareanalyzedinthispaper.Preventivemeasuresareproposedinlightofthefactorscausingsuchreformation.　　Keywords:Stainlesssteel,Welding,Heattreatment,Crack,Analysis,Preventivetreatment,Measure1　概況　　隨著國(guó)內(nèi)石油化工、電力工業(yè)的迅速發(fā)展，

3、以Cr-Mo為基礎(chǔ)的低、中合金珠光體耐熱鋼成為高溫條件下使用的重要材料之一。珠光體耐熱鋼在小于600℃溫度下不僅有很好的抗氧化熱強(qiáng)度，還有較好的抗氫腐蝕和抗硫腐蝕性能。同時(shí)由于珠光體耐熱鋼中合金元素較少，其工藝性能和物理性能優(yōu)良，為其它的耐熱鋼材料所不及。因此，珠光體耐熱鋼得到了廣泛應(yīng)用。　　珠光體耐熱鋼的焊接工藝通常有兩種，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(zhǎng)期高溫工作還可能發(fā)生碳的擴(kuò)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(bǔ)焊

4、或焊后不易進(jìn)行熱處理的部位，焊接珠光體耐熱鋼較普遍采用耐熱鋼焊條。　　生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用珠光體耐熱鋼焊條，主要存在冷裂紋、近縫區(qū)硬化、熱影響區(qū)軟化等問(wèn)題。此外，焊接殘余應(yīng)力是造成應(yīng)力脆性破壞、結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)以及應(yīng)力腐蝕裂紋的主要原因之一。因此珠光體耐熱鋼焊后進(jìn)行熱處理是不可缺少的重要工序，多數(shù)珠光體耐熱鋼在焊后并未出現(xiàn)裂紋，而是在焊后熱處理過(guò)程中產(chǎn)生了裂紋，這就是珠光體耐熱鋼焊接的又一問(wèn)題，即焊接再熱裂紋?！　?0年代開(kāi)始，國(guó)外相繼報(bào)道了因再熱裂紋而發(fā)生的多起事故，促使各國(guó)對(duì)再熱裂紋開(kāi)展了大量的試驗(yàn)研究。70年代初，國(guó)內(nèi)也報(bào)道了因

5、再熱裂紋而導(dǎo)致產(chǎn)品失效的事故。隨著珠光體耐熱鋼應(yīng)用于壓力容器和高溫高壓管道，關(guān)于再熱裂紋的報(bào)道也時(shí)有所聞。　　再熱裂紋(Reheatcracking)又稱(chēng)為消除應(yīng)力處理裂紋(Stress-Reliefcracking)，這種裂紋不僅發(fā)生在消除應(yīng)力的熱處理中，也發(fā)生于焊后再次高溫加熱過(guò)程中。2　再熱裂紋的特征　　(1)產(chǎn)生的部位均在焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱粗晶區(qū)，焊縫、熱影響區(qū)的細(xì)晶區(qū)及母材均不產(chǎn)生再熱裂紋。裂紋沿熔合線(xiàn)方向在奧氏體粗晶晶界發(fā)展，不少裂紋是斷續(xù)的，再熱裂紋具有沿晶間開(kāi)裂的特征。　　(2)再熱裂紋的產(chǎn)生與再熱過(guò)程的加熱或冷卻

6、速度無(wú)關(guān)?！　?3)焊后不會(huì)發(fā)生，只是在焊后進(jìn)行消除應(yīng)力處理及焊后高溫使用中發(fā)生，它有一個(gè)敏感的溫度區(qū)，一般在500～700℃，600℃左右最為敏感?！　?4)再熱裂紋總是出現(xiàn)在拘束應(yīng)力或應(yīng)力集中的部位，焊接應(yīng)力越大越易產(chǎn)生，如焊縫向母材過(guò)渡不圓滑、焊縫余高過(guò)高、咬肉、焊瘤、未焊透、邊緣未熔合等部位都容易產(chǎn)生再熱裂紋。3　再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理　　根據(jù)高溫金相顯微鏡及掃描電鏡的觀(guān)察，認(rèn)為再熱裂紋是由晶界滑移導(dǎo)致微裂形成而發(fā)生和擴(kuò)展的。即在焊后熱處理過(guò)程中，殘余應(yīng)力松馳時(shí)，粗晶區(qū)應(yīng)力集中處的某些晶界塑性變形量超過(guò)了該處的塑性變形能力，就

7、會(huì)產(chǎn)生再裂紋。　　關(guān)于再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理有三種說(shuō)法，再熱裂紋形成的機(jī)理雖然可以從以下三方面進(jìn)行分析論證，但仍有許多不明之處，影響的因素也不是單一的，可能是幾種因素共同作用的結(jié)果，只是在不同情況下以某種因素為主?？梢赃@樣認(rèn)為，珠光體耐熱鋼再熱處理過(guò)程中，當(dāng)應(yīng)力集中部位晶界微觀(guān)局部的實(shí)際塑性變形大于該處產(chǎn)生裂紋的臨界變形能力時(shí)，就形成再熱裂紋，實(shí)際塑性變形與焊接接頭的拘束度、殘余應(yīng)力的大小以及晶粒的大小有關(guān)，而晶界雜質(zhì)的偏析、晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化必然影響到產(chǎn)生裂紋的臨界變形值，也就影響到再熱裂紋的產(chǎn)生。3.1　晶間雜質(zhì)析集脆化的作用　　試驗(yàn)研

8、究指出，再熱裂紋的產(chǎn)生與晶界本身的弱化有關(guān)，強(qiáng)調(diào)雜質(zhì)在晶界析集而造成脆化，對(duì)再熱裂紋的脆化起到了主要作用。此外，母材的應(yīng)力松馳效應(yīng)對(duì)再熱裂紋的敏感性也有很大的影響，它表明母材晶界強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)表明，再熱裂紋敏感性大的鋼應(yīng)力松馳程度低。因而認(rèn)為，焊