10CrMo910 厚 壁 管 焊 接 技 术

10CrMo910 厚壁管焊接技术

李俊

摘要10CrMo910厚壁管广泛用于输送540℃的高温蒸汽，本文结合某石化工厂超高压蒸汽管道的施工，分析了10CrMo910钢的可焊性，从焊接工艺评定、现场焊接与检验、焊后热处理等方面总结了壁厚28mm的该材质厚壁管的焊接技术经验。

110CrMo910钢的特性

某石化企业技术改造中新增加一条超高压蒸汽管，材质为德国DIN17175-79耐热钢10CrMo910。该管道设计温度为535℃，设计压力为13.2MPa，管材直径213mm、壁厚28mm，需在现场进行组对焊接。10CrMo910钢的机械性能和化学成分分别见表1、表2。

表1 10CrMo910钢机械性能

表2 10CrMo910钢化学成分

10CrMo910钢为珠光体的耐热钢，在英、美、德、日等国得到广泛应用，我国主要用于制造壁温在590℃以下的过热器及壁温为540℃左右的集箱和蒸汽管道。从大量积累的火电厂运行和高温性能试验数据可知，该钢具有良好的焊接性，对热处理不太敏感，能在大截面上得到均匀组织，持久塑性好，当延伸率达3%～5%时，蠕变速率才开始增加，进入蠕变的第三阶段。因此，该钢在运行中具有可靠的安全性。

2 10CrMo910钢焊接中的问题

2.1 具有较大淬硬倾向

根据国际焊接学会推荐的公式算得该钢的碳当量：

这表明，该钢具有较大淬硬倾向。

按照“等成分”原则，10CrMo910管采用手工电弧焊，选用R407焊条(H D≤5mL/100g)，依据伊藤和别索提出的焊缝冷裂敏感指数P c计算式可知：

式中H D—扩散氢含量值，取5mL/100g

h—焊缝高度值，取28mm

P cm—裂纹敏感性系数

相应的预热温度T y为：

T y=1440P c-392=1440×0.462-392=273(℃)

由上述分析可知，由于10CrMo910钢有较大淬硬倾向，且管壁厚有较大拘束度，焊接时容易产生冷裂纹。为此采取的措施是：焊前必须进行预热，采用低氢型焊条焊接，焊后进行去氢热处理。

2.2 易产生再热裂纹

由于10CrMo910钢内S、P杂质含量很低，只要严格控制焊材的S、P杂质含量，一般不易产生热裂纹。试验证实，焊缝成型系数(即焊缝的宽高之比)越小，越容易产生纵向热裂纹；当焊接线能量超过50kJ/cm 时，也易产生热裂纹。

10CrMo910钢含有较多的合金元素，焊后热处理工艺不当时，容易产生再热裂纹。因此，严格控制焊缝中S、P、Pb等杂质，减少应力集中，严格控制焊接线能量。

3 焊接工艺评定

采用手工钨极氩弧焊打底、手工电弧焊填充盖面的焊接方法，选用冶金部钢铁研究总院研制的

H08Cr2.25Mo1A焊丝和E6015-B3(R407)焊条。按照JB4780-92标准进行水平固定和垂直固定两组焊接工艺评定。焊材化学成分见表3，焊接工艺参数见表4，焊接接头力学性能见表5。

表3 焊材化学成分

表4 焊接工艺参数

焊接位置焊接

方法

焊材焊缝焊接电源焊接电压

(V)

焊接速度

(cm/min)

线能量

(kJ/cm

)牌号直径(mm)层次焊道极性电流(A)

水平固定试件(图1)TIG

H08Cr2.25

Mo1A

31正接100～12013～14 3.5～5.518～27 SMAW

E6015-B3

(R407)

3.2

2

反接

75～8522～235～716～20

385～10023～245～720～26

4

4

反接

120～14024～256～826～31

5140～15024～254～639～50

66～7135～15024～254～637～48

78～9140～15024～254～637～48

810～11140～15024～255～732～39

垂直固定TIG

H08Cr2.25

Mo1A

31正接110～12014～154～718～24

试件

(图2)

SMAW

E6015-B3 （R407）

3.2

2 反接

100～110 23～24 14～16 9～12 3 3～4 100～110 23～24 12～17 9～13 4 5～7

100～110 23～24 13～17 9～12

GB/T2792 5 8～10 反接

150～160 25～26 10～17 12～23

6 11～14

155～165 25～26 10～17 16～23

7 15～19 155～165 25～26 10～17 16～23

8 20～24 155～165 25～26 15～20 12～17

9 25～30 155～165 25～26 15～20 12～17

看不到有持久强度急剧下降的现象。因此，对10CrMo910厚壁管焊缝进行720℃±10℃、恒温2h的回火热处理。采有(加热绳或加热带)电加热法，用硅酸铝纤维棉保温、RZK-130型加热器自动测温和打印热处理曲线。热处理工艺曲线见图3。

图3 热处理工艺曲线

按以上工艺完成焊后热处理后，对焊缝、热影响区进行100%的PT检查和硬度检验，均一次合格。

该超高压蒸汽管已连续正常运行一年多时间，焊接接头满足设计要