12Cr2MolVR与20MnMoNb异种钢焊接工艺研究

第2期2021年03月
锅炉制造
BOILER MANUFACTURING
No.2
M ar.2021 12Cr2M olV R 与 20MnMoNb 异种钢
焊接工艺研究
Welding Procedure Research for Dissimlar Steel Joints Between
12Cr2MolVR and 20MnMoNb
刘海U2,徐兵2,张松2,徐祥久u2
(1.高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司），黑龙江哈尔滨150046;
2.哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046)
摘要:某换热器项目短筒身选用12&2M01V R材质，管板选用20M n M〇N b锻件材质。

12Cr2M〇l V R和20M n M〇N b在力学性能和化学成分上差异较大,生产难度较大。

针对异种钢焊接，选择了合适的焊接材料，制定了合理可行的工艺，保证了产品的焊接质量。

关键词：12Cr2M o l V R;20M n M o N b;焊接;异种钢
中图分类号:TG47 文献标识码：B文章编号:C N23 - 1249(2021)02 -0042 -03
〇引言
某换热器项目短筒身材质选用12C r2MolVR 材质，管板选用20M nM〇Nb锻件。

为了保证产品 焊接质量，在分析两种材料焊接性的基础上，制定 合适的焊接方案和工艺，对12C r2M ol V R和 20M nM〇Nb焊接进行了试验及评定。

1试验材料与方法
换热器项目选用的12C r2MolVR按照G B 713《锅炉和压力容器用钢板》采购，20M nM〇Nb按 照NB/T47008《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》采购。

1.1异种钢焊接难点
根据NB/T47015 -2011《压力容器焊接规程》规定，12C r2M〇lVR材质最低去应力热处理温度为 680丈，在产品实际应用中为保证12C r2M〇lV R钢 材料性能一般选择695 ± 15丈进行热处理; 20MnMoNb材质淬火+回火热处理状态交货，最低 去应力热处理温度为6001，根据NB/T47015 - 2011规定，焊后热处理温度不但应低于相变温度 AC1,还应低于调质处理的回火温度,20M nM〇Nb回火温度在650冗左右，因此，20M nM〇Nb材质在产品 实际生产中一般选择615 ±151去应力热处理。

根据上述两种材料特性，12C r2MolVR材料和20M nM〇Nb材料无法直接进行热处理。

20M nM〇Nb是低合金高强钢锻件，国际焊接学 会推荐的碳当量公式为w(C)E Q =w(C)+ 〇) (Mn)/6 +〇)(Cr+ M o+ V)/5 + 〇)(N i + Cu)/15,
据计算20M nM〇Nb锻件碳当量Cp q约为0.52%，焊 接性能较差。

20M n M〇Nb主要是焊接热影响区组 织与性能的变化对焊接热输人较敏感，热影响 区淬硬倾向增大，对氢致裂纹敏感性较大:U。

12C r2MolV钢含有较多的Cr、Mo成分，淬硬倾向 大，在制造中存在焊接冷裂纹、焊接热裂纹、热处理 后再热裂纹以及焊接热影响区持久强度低等问题。

1.2工艺方案
12Cr2M o l V R短筒身和20M n M〇N b焊接工艺 复杂，因没有共同的热处理区间，直接焊接无法进 行热处理，同时合金成分差异较大，力学性能不 同，焊接时应选择适合的焊接材料满足焊缝性能 要求。

综合两种材料的性能特性，结合焊接材料性 能试验，最终选择在12O2M01VR侧堆焊合金钢 H10M n2N i M o A，堆焊后进行高温热处理（695 ±15^/8h),保证高温热处理后焊缝性能不降低，然 后与20M n M〇N b焊接，进行低温热处理（615 ±U t/lOh);对接时焊条电弧焊使用G B E6015 _ D1焊条，埋弧焊使用H08M n2M〇A焊丝匹配SJ101焊
收稿日期:2020 - 07 - 25
作者简介：刘海（1985 -),男，工程师，主要从事锅炉、压力容器的焊接技术工作。

第2期刘海，等:12Cr 2M()l V R 与20MnMoNb 异种钢焊接工艺研究.43 •
图2
硬度检测位置示意图
2.4弯曲试验
按照G B /T 2653《焊接接头弯曲试验方法》进 行横向侧弯试验，试样厚度10 m m ,弯曲直D =40
m m ,弯曲角度180°侧弯试验考察堆焊层、对接焊
缝以及热影响区的弯曲性能。

试验结果显示受拉 面无任何开裂，符合标准要求。

[下转第58页]
l 〇〇J ,大于技术条件要求的47J ,夏比V 型冲击试 验结果符合设计文件要求。

2.3硬度试验
试板热处理后对母材、热影响区、堆焊层、焊 缝等位置进行硬度（HV 10)检测，每个位置检查3 点，各区硬度值结果如图2所示。

热影响区最高硬度可用来粗略评定焊接氢致 裂纹敏感性，对于一般低合金钢高强钢，为防止氢 致裂纹产生，焊接热影响区应该应该控制在 350HV 以下[2]。

从实验结果看，各区硬度均合 格,20M nM 〇N b 和12C r 2MolVR 的热影响区硬度 稍高，其余各区硬度稳定，无异常波动，硬度数值 均在要求范围内，满足产品技术条件要求。

剂。

堆焊及对接坡口示意图如图1所示c
r±X , , ^5 .
, >30 ,
20MnMb /-I ^
图1
堆焊及对接坡口示意图
试板焊接进行两次热处理以后，分别制取试
样进行力学性能检验，按照G B /T 228. 1《金属材 料拉伸试验》标准进行室温拉伸试验，按照G B /
T 4338《金属材料高温拉伸实验方法》进行设计温 度下的高温拉伸实验，按照G B /T 229《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》标准进行冲击试验，按
照G B /T 4340. 1《金属材料维氏硬度试验第1部 分:试验方法》标准进行硬度试验，按照GB/T 2653《焊接接头弯曲试验方法》进行横向侧弯试
验，研究12Cr 2M o l V R 与20M n M o N b 异种钢焊接接头性能。

2试验结果
按照N B /T 47013《承压设备无损检测》的要
求对堆焊部分进行100% P T 及100% UT 检测，检
测合格后进行高温焊后热处理，对接焊缝完成后，
再次按N B /T 47013《承压设备无损检测》标准进 行100% UT 及]00% P T 检测，检测合格后进行低 温焊后热处理，试板堆焊焊缝和对接焊缝无损检 测均合格。

2. 1
拉伸试验
室温拉伸试验结果如表1所示，抗拉强度大
于要求值约60M P a ,高温拉伸试验结果如表2所 示，525 ^高温屈服强度>325M P a 。

常温抗拉强 度和高温屈服强度实测值均满足设计文件要求。

表1
焊接接头拉力试验结果
焊接方法试样尺寸（mm )试样面积（mm 2)
极限载荷（N )抗拉强度（MPa )
断裂位置SMAW
20.5 x 25.4 20.2 x 24.4520.7492.88335300333480644677焊缝焊缝SAW
20.4 x 24. 3495.72332300670焊缝19.7 x 25.0
492.5
328690
667
焊缝
表2
焊接接头高温拉伸试验结果
堆焊方法试验温度（尤）
抗拉强度（MPa )
屈服强度（MPa )
伸长率(％)
SMAW 37557553017.0SAW 37555051015.0SMAW 52549546516.0SAW
525
490
460
15.0
2.2夏比\冲击试验
夏比摆锤冲击试验温度为0T ，试样尺寸
1 Omni x 10m m x 55m m ,冲击试验结果均大于
270260
EAH/irJJ
窆
• 58 •
锅炉制造
总第285期
污;封头及炉试板分别配置热电偶；一炉一个封 头;使用天然气炉时，火焰不得与工件接触，炉内 气氛控制（硫含量低于〇. 57g /m 3)。

5结束语
度不尽相同，与容器厂封头订购技术条件也有一
定差异，ASME 相关标准也没有强制要求，需要通 过相关试验验证材料的热处理相关参数及工艺。

参考文献
设备封头外协制造是个关键环节，依据国家
相关制造标准的要求，封头需要进行固溶热处理， 而供应商提供的进口各板材质量证明书热处理温
[1] _IB /T 4756《镍及镍合金压力容器》.[2] ASME SB -424 Section I I P a r t B .
[3] GB /T 15260《镍基合金晶间腐蚀试验方法》.
[上接第43页]3结论
根据产品要求，按照N B /T 47014《承压设备焊接
工艺评定》进行焊接工艺评定。

试验结果表明选用
适当堆焊材料，在12C r 2MolVR 侧母材坡口侧堆焊 过渡层，高温焊后热处理后与20M n M 〇Nb 母材对接， 对接接头在低温焊后热处理后，过渡层及焊接接 头的强度、弯曲及冲击韧性均能满足标准要求，此
种方法可以用于12C r 2MolVR 与20MnMoNb 之间 的异种钢焊接，可保证12C r 2MdVR 与20M n M 〇Nb 的焊接质量。

参考文献
[1] 陈路，魏连峰，朱天军，等.C A U D U 堆钻转运容器
吊耳焊接工艺研究[J ].金属铸锻焊技术，2012, 41(7) ： 207 - 209.
[2] 杨松，李宜男.锅炉压力容器焊接技术培训教材[M
(第二版）].北京：机械工业出版社，2014.
[上接第47页]
3结论
1)
采用手工氩弧焊针对4)51 x 11mm 、4>51 x 8mm 和小51 x 4.5mm 规格SA -213T 91小口径管
采用不同焊接电流进行焊接，并对焊后接头性能 进行分析，发现弯曲试样均合格，而在管子规格为 小51 x 4. 5mm 时，采用140A 的电流参数的焊接接 头的平均拉伸强度比155A 时大137.5MPa ，在管 子规格为4>51 x 8mm 时，采用150A 的电流参数 的焊接接头的平均拉伸强度比170A 时大 107.5MPa ，在管子规格为4>51 x 11mm 时，采用 160A 的电流参数的焊接接头的平均拉伸强度比 185A 大 36.5MPa 。

2) 采用焊接电流185 A 和170 A 的焊缝冲击
功均不合格,采用其他电流参数时的接头冲击试
验结果均合格。

采用焊接电流185A 时焊缝表面 平均硬度为305HBW ,截面平均硬度为327HV 10,
采用焊接电流170A 时焊缝表面平均硬度为
297HBW ，截面硬度为308HV 10,焊缝硬度均不满 足D 1VT 438 -2016《火力发电厂金属技术监督规 程》标准的要求。

参考文献
[1] 徐德录，郭军,陈玉成.T 91钢的性能及在我国电站锅
炉中的应用前景[J ].电力建设，1999(2) :12 -16.[2] 唐燕玲，张继斌.SA -213T 9I 的焊接工艺[J ].焊
接，2001 (4) :32 -34.
[3] 王炳慧，苗兴，王甲泰.T 91管焊接裂纹分析及控制
[J ].热加工工艺，2018,47(21 ):254 -256.
[上接第49页]
表44>60m m x 4m m 管屏補圆度
位置11
9 6 31
工艺管
椭圆度
5.8%
4.9%
2.4%
4.9%
5.7%
13.5%
表5 <|)51m m x 4m m 管屏補圆度
位置1196 3 1椭圆度
1.7%
1.3%
0.7%
1.4%
1.7%
4结论
1)采用工艺管+最大限度降低夹紧力的方
法,成功的解决了薄壁管成排弯弯瘪的问题。

2) 采用此方法，成排弯管屏的外观无压瘪现
象，通球、椭圆度均达到合格标准,弯曲半径会一 定程度长增加。

3)
成排弯管屏中间的管子楠圆度最佳，越靠
近边部,椭圆度越大。