特殊材料Cr-Mo钢、低温钢的焊接
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焊接工艺特点一crcrmomo钢焊接钢焊接crmo材料的特点及应用在普通碳钢中加入一定量的合金元素以提高钢的高温强度和持久强度就形成了低合金耐热钢对于压力容器用低合金耐热钢为改善其焊接性能常常把碳含量控制在02以下
特殊材料Cr-Mo钢及低 特殊材料Cr-Mo钢及低 温钢的焊接
目录
一、Cr-Mo钢焊接 1. Cr-Mo钢材料的特点及应用 2.Cr-Mo钢接头的特殊要求 3.Cr-Mo钢焊接的特点 二、低温钢焊接 1.低温钢材料的特点及应用 2.低温钢的焊接特点 3.焊接工艺特点
3.3采用较小的焊接热输入量，这是避免 焊缝和热影响区不会形成粗大的结晶组 织而使低温冲击严重降低的关键工艺措 施，具体要求如下： （1）焊接电流不宜过大。 （2）尽量采用窄焊道，不摆动的多层多 道焊。 （3）宜采用快速多道焊，以减轻焊道过 热，并通过薄层多道焊的重热作用细化 晶粒。
3.4要避免弧坑、未焊透及咬边等缺陷。 这些缺陷造成应力集中，是引起低温条 件下造成脆性破坏的源泉，所以低温容 器不允许任何咬边缺陷存在。
2.3接头的组织稳定性 耐热钢焊接接头在制造 过程中，特别是厚壁接头将经受长时间多次热 处理，在运行过程中将长期受高温高压的作用， 接头各区不应产生明显的组织变化及由此引起 的脆变或软化。 2.4接头的抗脆断性 虽然耐热钢压力容器大多 数是在高温下工作，但当压力容器和管道制造 完工后将在常温下进行设计压力1.25倍压力的 水压试验。在安装检修完后，要经历水压试验 及冷启动过程。因此，耐热钢焊接接头亦应具 有一定的抗脆断性。 2.5接头的物理均一性 耐热钢焊接接头应具有 与母材基本相同的物理性能。焊缝金属的热膨 胀系数和热导率应基本一致，这样就可避免接 头在高温运行过程中的热应力。
低温钢性能的主要指标是低温韧性， 包括低温冲击韧性和韧脆转变温度。低 温钢必须具有较低的韧脆转变温度。材 料的低温冲击韧性越高，韧脆转变温度 越低，则其低温韧性越好。 为了达到上述目的，低合金低温钢 一般通过合金元素的固溶强化、晶粒细 化，并通过正火或正火加回火处理来细 化组织晶粒、均化组织，从而获得良好 的低温韧性。
二、低温钢焊接
1.低温钢材料的特点及应用 低温用钢主要用于低温条件下工作 的容器、管道和钢结构。在压力容器行 业中，将设计温度低于或等于-20℃的设 备称之为低温压力容器（简称低温容 器），凡用来制造低温设备的钢，称之 为低温用钢（以下简称低温钢）。
随着工业技术的发展，各种液化石油气、液氨、 液氧、液氢、液氮等的生产、储存、运输设备，化肥、 乙烯、煤液化、煤气化、海洋工程、冷冻设备等装置 的大量建造，低温钢的需求量日益增多；且对低温钢 也提出了越来越高的要求。因此这类钢必须具备的最 重要的性能就是抗低温脆化。众所周知，除了面心立 方点阵的金属材料（奥氏体钢、铝、铜）外，一切体 心立方点阵或六方点阵的金属材料均有低温转脆的现 象。奥氏体型低温钢由于具有面心立方晶格，具有面 心立方晶格的金属没有冷脆性。又由于它具有较高的 Ni含量，可以使钢的基体本身在低温下易于交叉滑移， 当温度降低时，其韧性变化很少，所以具有优良的低 温韧性。（冷脆性：钢材在低于某一温度时，会产生 冲击韧性明显下降的现象。在低于这一温度情况下， 材料会由于冷脆性而发生脆的焊接特点
2.1低合金低温钢的含碳量低，一般C≤0.20%， 且合金元素总含量不超过5%，碳含量较低，故 淬硬倾向和冷裂纹敏感性不大。一般情况下， 对低合金低温钢而言，当板厚超过25mm或焊 接接头的拘束度较大时，应采用适当预热措施， 以防止焊接冷裂纹。但预热温度不能过高，一 般控制在100-150℃，预热温度过高会导致焊接 接头组织粗化，使接头韧性降低。 2.2低温钢焊接的关键是保证焊缝及热影响区 获得足够的低温冲击韧性，因此，凡是能提高 低温冲击韧性的工艺措施，对低温钢焊接而言 都是必要的。
2.Cr-Mo钢接头的特殊要求 2.Cr-Mo钢接头的特殊要求
为保证耐热钢焊接接头在高温、高压和各 种腐蚀介质条件下长期安全的运行，其焊接接 头性能应满足下列几点要求。 2.1接头的等强性 耐热钢接头不仅应具有与母 材基本相等的室温和高温短时强度，而且更重 要的是应具有与母材相近的高温持久强度。 2.2接头的抗氢性和抗氧化性 耐热钢接头应具 有与母材基本相同的抗氢性和高温抗氧化性。 为此，焊缝金属的合金成分和含量应与母材基 本一致。
3.4热裂纹 对低合金耐热钢，人们往往注重冷 裂纹的防止。实际上，当焊道的成形系数（熔 宽与熔深比）小于1.2 ~ 1.3时，焊道中心易形 成热裂纹。这是因为窄而深的梨形焊道，低熔 点共晶聚集于焊道中心，在焊接应力作用下， 导致焊道中心出现热裂纹。一切影响焊道成形 系数的因素都会影响热裂纹的发生。 3.5回火脆性 Cr-Mo钢及其焊接接头在350 ~ 500℃温度区间长期运行过程中发生脆变的现 象称为回火脆性。例如某厂一台2.25Cr-1Mo钢 制压力容器在332 ~ 432℃运行30000h后，钢脆 性转变温度从-37℃提高到了+60℃，并最终导 致灾难性的脆性断裂事故。
作为耐热钢，除上面已讲到的低合金耐热 钢外，还有合金含量在在6％ ~ 12％之间的中 合金耐热钢，如1Cr5Mo、1Cr9Mo1，和合金大 于13％的高合金耐热钢，如1Cr17。由于在压 力容器中这两类耐热钢并不多见，本节以叙述 低合金耐热钢为主。 以Cr-Mo为基的低、中合金珠光体耐热钢 具有很好的抗氧化性和热强性，工作温度可高 达600℃，广泛应用于制造蒸汽动力发电设备。 600 因这类钢具有良好的抗硫和氢腐蚀的能力，因 此在石油化工中也得到了广泛的应用。
思考题
1.16Mn用于-40℃和常温下使用时，在焊接 工艺上和焊接材料选择上是否应该有所 差别？为什么？
答案： -40℃时线能量大或小都不可以，应该取 适中，焊条应保证其低温冲击韧性； 常温下线能量大可防止冷裂纹的产生， 焊材选择应保证其强度。
谢谢！
3.3消除应力裂纹 因为这类裂纹是在消除应力 热处理时，接头再次处于高温下所产生的裂纹， 故又称为再热裂纹。Cr-Mo钢是再热裂纹敏感 性钢种，敏感的温度范围一般在500 ~ 700℃之 间。 大量试验结果表明，钢中Cr、Mo、V、Nb、 Ti等强碳化物形成元素对再热裂纹形成有很大 影响。通常以裂纹指数PSR粗略地评价钢的消 除应力裂纹敏感性。PSR按下式计算： PSR PSR=Cr％ + Cu％ + 2Mo％ + 10V％ + 7Nb％ + 5Ti％ - 2 当PSR≥0时，就有可能产生消除应力裂纹。 但对于碳含量低于0.1％的钢种，上式不适用。 如：12Cr2Mo1R。
3.焊接工艺特点 3.焊接工艺特点
3.1选择合适的焊接材料。要选择与钢的 最低使用温度相匹配的焊接材料，必要 时要选用能保证比钢的最低使用温度更 低的焊材。要从焊缝的化学成分组成上 保证焊缝的低温冲击韧性。如添加Ni和 细化晶粒的Ti、B等微合金化元素，应严 格控制其C、S、P含量。 3.2严格控制预热温度和层间温度不可过 高，一般控制在100-150℃。
压力容器上使用的低合金耐热钢主 要是以加入Cr和Mo元素或辅以加入少量 的钒、钛等元素来提高钢的蠕变强度和 组织稳定性，所以也经常称之为Cr-Mo耐 热钢或Cr-Mo-V系耐热钢。也正由于这一 类钢在耐高温的同时还具有良好的抗氢 腐蚀性能，为此，Cr-Mo或Cr-Mo-V系的 低合金耐热钢亦经常称为抗氢钢。
3.Cr-Mo钢焊接的特点 3.Cr-Mo钢焊接的特点
低合金耐热钢含有一定量的合金元 素，因此它与低合金高强钢都具有一些 相同的焊接特点，而又由于其含有一些 特殊的微量元素及其不同的介质工作环 境，所以也有其独特的焊接特点。
3.1淬硬性 低合金耐热钢中的主要合金元 素Cr和Mo等都能显著提高钢的淬硬性。 其中Mo的作用比Cr大50倍。 3.2冷裂纹 由于Cr-Mo钢极易产生淬硬的 显微组织，再加上焊缝区足够高的扩散 氢浓度和一定的焊接残余应力共同作用， 焊接接头易产生氢致延迟裂纹。这种裂 纹在热影响区和焊缝金属中都易发生。 在热影响区大多是表面裂纹，在焊缝金 属中通常表现为垂直于焊缝的的横向裂 纹，也可能发生在多层焊的焊道下或焊 根部位。冷裂纹是Cr-Mo钢焊接中存在的 主要危险。
一、Cr-Mo钢焊接 一、Cr-Mo钢焊接
1. Cr-Mo材料的特点及应用 在普通碳钢中加入一定量的合金元素，以提高钢的高 温强度和持久强度，就形成了低合金耐热钢，对于压 力容器用低合金耐热钢，为改善其焊接性能，常常把 碳含量控制在0.2％以下。这类钢通常以退火态或正火 +回火状态交货。由于合金含量在2.5％以下的低合金 耐热钢具有珠光体+铁素体组织，故也经常称为珠光体 耐热钢，如15CrMoR。合金含量在3％ ~ 5％之间的低 合金耐热钢供货状态为贝氏体+铁素体组织，故也称为 贝氏体耐热钢，如12Cr2Mo1R。
特殊材料Cr-Mo钢及低 特殊材料Cr-Mo钢及低 温钢的焊接
目录
一、Cr-Mo钢焊接 1. Cr-Mo钢材料的特点及应用 2.Cr-Mo钢接头的特殊要求 3.Cr-Mo钢焊接的特点 二、低温钢焊接 1.低温钢材料的特点及应用 2.低温钢的焊接特点 3.焊接工艺特点
3.3采用较小的焊接热输入量，这是避免 焊缝和热影响区不会形成粗大的结晶组 织而使低温冲击严重降低的关键工艺措 施，具体要求如下： （1）焊接电流不宜过大。 （2）尽量采用窄焊道，不摆动的多层多 道焊。 （3）宜采用快速多道焊，以减轻焊道过 热，并通过薄层多道焊的重热作用细化 晶粒。
3.4要避免弧坑、未焊透及咬边等缺陷。 这些缺陷造成应力集中，是引起低温条 件下造成脆性破坏的源泉，所以低温容 器不允许任何咬边缺陷存在。
2.3接头的组织稳定性 耐热钢焊接接头在制造 过程中，特别是厚壁接头将经受长时间多次热 处理，在运行过程中将长期受高温高压的作用， 接头各区不应产生明显的组织变化及由此引起 的脆变或软化。 2.4接头的抗脆断性 虽然耐热钢压力容器大多 数是在高温下工作，但当压力容器和管道制造 完工后将在常温下进行设计压力1.25倍压力的 水压试验。在安装检修完后，要经历水压试验 及冷启动过程。因此，耐热钢焊接接头亦应具 有一定的抗脆断性。 2.5接头的物理均一性 耐热钢焊接接头应具有 与母材基本相同的物理性能。焊缝金属的热膨 胀系数和热导率应基本一致，这样就可避免接 头在高温运行过程中的热应力。
低温钢性能的主要指标是低温韧性， 包括低温冲击韧性和韧脆转变温度。低 温钢必须具有较低的韧脆转变温度。材 料的低温冲击韧性越高，韧脆转变温度 越低，则其低温韧性越好。 为了达到上述目的，低合金低温钢 一般通过合金元素的固溶强化、晶粒细 化，并通过正火或正火加回火处理来细 化组织晶粒、均化组织，从而获得良好 的低温韧性。
二、低温钢焊接
1.低温钢材料的特点及应用 低温用钢主要用于低温条件下工作 的容器、管道和钢结构。在压力容器行 业中，将设计温度低于或等于-20℃的设 备称之为低温压力容器（简称低温容 器），凡用来制造低温设备的钢，称之 为低温用钢（以下简称低温钢）。
随着工业技术的发展，各种液化石油气、液氨、 液氧、液氢、液氮等的生产、储存、运输设备，化肥、 乙烯、煤液化、煤气化、海洋工程、冷冻设备等装置 的大量建造，低温钢的需求量日益增多；且对低温钢 也提出了越来越高的要求。因此这类钢必须具备的最 重要的性能就是抗低温脆化。众所周知，除了面心立 方点阵的金属材料（奥氏体钢、铝、铜）外，一切体 心立方点阵或六方点阵的金属材料均有低温转脆的现 象。奥氏体型低温钢由于具有面心立方晶格，具有面 心立方晶格的金属没有冷脆性。又由于它具有较高的 Ni含量，可以使钢的基体本身在低温下易于交叉滑移， 当温度降低时，其韧性变化很少，所以具有优良的低 温韧性。（冷脆性：钢材在低于某一温度时，会产生 冲击韧性明显下降的现象。在低于这一温度情况下， 材料会由于冷脆性而发生脆的焊接特点
2.1低合金低温钢的含碳量低，一般C≤0.20%， 且合金元素总含量不超过5%，碳含量较低，故 淬硬倾向和冷裂纹敏感性不大。一般情况下， 对低合金低温钢而言，当板厚超过25mm或焊 接接头的拘束度较大时，应采用适当预热措施， 以防止焊接冷裂纹。但预热温度不能过高，一 般控制在100-150℃，预热温度过高会导致焊接 接头组织粗化，使接头韧性降低。 2.2低温钢焊接的关键是保证焊缝及热影响区 获得足够的低温冲击韧性，因此，凡是能提高 低温冲击韧性的工艺措施，对低温钢焊接而言 都是必要的。
2.Cr-Mo钢接头的特殊要求 2.Cr-Mo钢接头的特殊要求
为保证耐热钢焊接接头在高温、高压和各 种腐蚀介质条件下长期安全的运行，其焊接接 头性能应满足下列几点要求。 2.1接头的等强性 耐热钢接头不仅应具有与母 材基本相等的室温和高温短时强度，而且更重 要的是应具有与母材相近的高温持久强度。 2.2接头的抗氢性和抗氧化性 耐热钢接头应具 有与母材基本相同的抗氢性和高温抗氧化性。 为此，焊缝金属的合金成分和含量应与母材基 本一致。
3.4热裂纹 对低合金耐热钢，人们往往注重冷 裂纹的防止。实际上，当焊道的成形系数（熔 宽与熔深比）小于1.2 ~ 1.3时，焊道中心易形 成热裂纹。这是因为窄而深的梨形焊道，低熔 点共晶聚集于焊道中心，在焊接应力作用下， 导致焊道中心出现热裂纹。一切影响焊道成形 系数的因素都会影响热裂纹的发生。 3.5回火脆性 Cr-Mo钢及其焊接接头在350 ~ 500℃温度区间长期运行过程中发生脆变的现 象称为回火脆性。例如某厂一台2.25Cr-1Mo钢 制压力容器在332 ~ 432℃运行30000h后，钢脆 性转变温度从-37℃提高到了+60℃，并最终导 致灾难性的脆性断裂事故。
作为耐热钢，除上面已讲到的低合金耐热 钢外，还有合金含量在在6％ ~ 12％之间的中 合金耐热钢，如1Cr5Mo、1Cr9Mo1，和合金大 于13％的高合金耐热钢，如1Cr17。由于在压 力容器中这两类耐热钢并不多见，本节以叙述 低合金耐热钢为主。 以Cr-Mo为基的低、中合金珠光体耐热钢 具有很好的抗氧化性和热强性，工作温度可高 达600℃，广泛应用于制造蒸汽动力发电设备。 600 因这类钢具有良好的抗硫和氢腐蚀的能力，因 此在石油化工中也得到了广泛的应用。
思考题
1.16Mn用于-40℃和常温下使用时，在焊接 工艺上和焊接材料选择上是否应该有所 差别？为什么？
答案： -40℃时线能量大或小都不可以，应该取 适中，焊条应保证其低温冲击韧性； 常温下线能量大可防止冷裂纹的产生， 焊材选择应保证其强度。
谢谢！
3.3消除应力裂纹 因为这类裂纹是在消除应力 热处理时，接头再次处于高温下所产生的裂纹， 故又称为再热裂纹。Cr-Mo钢是再热裂纹敏感 性钢种，敏感的温度范围一般在500 ~ 700℃之 间。 大量试验结果表明，钢中Cr、Mo、V、Nb、 Ti等强碳化物形成元素对再热裂纹形成有很大 影响。通常以裂纹指数PSR粗略地评价钢的消 除应力裂纹敏感性。PSR按下式计算： PSR PSR=Cr％ + Cu％ + 2Mo％ + 10V％ + 7Nb％ + 5Ti％ - 2 当PSR≥0时，就有可能产生消除应力裂纹。 但对于碳含量低于0.1％的钢种，上式不适用。 如：12Cr2Mo1R。
3.焊接工艺特点 3.焊接工艺特点
3.1选择合适的焊接材料。要选择与钢的 最低使用温度相匹配的焊接材料，必要 时要选用能保证比钢的最低使用温度更 低的焊材。要从焊缝的化学成分组成上 保证焊缝的低温冲击韧性。如添加Ni和 细化晶粒的Ti、B等微合金化元素，应严 格控制其C、S、P含量。 3.2严格控制预热温度和层间温度不可过 高，一般控制在100-150℃。
压力容器上使用的低合金耐热钢主 要是以加入Cr和Mo元素或辅以加入少量 的钒、钛等元素来提高钢的蠕变强度和 组织稳定性，所以也经常称之为Cr-Mo耐 热钢或Cr-Mo-V系耐热钢。也正由于这一 类钢在耐高温的同时还具有良好的抗氢 腐蚀性能，为此，Cr-Mo或Cr-Mo-V系的 低合金耐热钢亦经常称为抗氢钢。
3.Cr-Mo钢焊接的特点 3.Cr-Mo钢焊接的特点
低合金耐热钢含有一定量的合金元 素，因此它与低合金高强钢都具有一些 相同的焊接特点，而又由于其含有一些 特殊的微量元素及其不同的介质工作环 境，所以也有其独特的焊接特点。
3.1淬硬性 低合金耐热钢中的主要合金元 素Cr和Mo等都能显著提高钢的淬硬性。 其中Mo的作用比Cr大50倍。 3.2冷裂纹 由于Cr-Mo钢极易产生淬硬的 显微组织，再加上焊缝区足够高的扩散 氢浓度和一定的焊接残余应力共同作用， 焊接接头易产生氢致延迟裂纹。这种裂 纹在热影响区和焊缝金属中都易发生。 在热影响区大多是表面裂纹，在焊缝金 属中通常表现为垂直于焊缝的的横向裂 纹，也可能发生在多层焊的焊道下或焊 根部位。冷裂纹是Cr-Mo钢焊接中存在的 主要危险。
一、Cr-Mo钢焊接 一、Cr-Mo钢焊接
1. Cr-Mo材料的特点及应用 在普通碳钢中加入一定量的合金元素，以提高钢的高 温强度和持久强度，就形成了低合金耐热钢，对于压 力容器用低合金耐热钢，为改善其焊接性能，常常把 碳含量控制在0.2％以下。这类钢通常以退火态或正火 +回火状态交货。由于合金含量在2.5％以下的低合金 耐热钢具有珠光体+铁素体组织，故也经常称为珠光体 耐热钢，如15CrMoR。合金含量在3％ ~ 5％之间的低 合金耐热钢供货状态为贝氏体+铁素体组织，故也称为 贝氏体耐热钢，如12Cr2Mo1R。