sa-336 f22 cl.3钢焊接热处理工艺研究及应用

近年随着石油化工和煤化工的发展，对耐热 钢设备的需求也越来越多，研究耐热钢的特性及耐 热钢设备的制造工艺，特别是大型厚壁高压设备耐 热钢的焊接和热处理尤其重要。在煤化合成氨系统 中，高压废热回收设备工作压力为15-30 MPa,温 度450 °C左右，介质主要为NHj、N2.比、CH4,设 备主体材料选取SA-336 F22 C1.3 （ASTM标准、相 当于国标2.25Cr-lMo）,属珠光体耐热钢，具有良好 的抗氧化性和热强性，广泛用于煤化工、石油化工 中高温装置设备制造。这类材料主要通过在钢中添 加Cr、Mo等合金元素进行强化，其中Cr元素主要 是在钢材表面生成致密的氧化物，不易分解，氧化 物保护膜能提高钢材的耐蚀性，Cr溶于FejC后，可 以提高碳化物的热稳定性，阻止碳化物的分解和缓 解碳在铁素体中扩散，并能有效防止石墨化；Mo元 素能够进入固溶体使其强化，提高材料的高温强度 和蠕变极限，减小钢材的热脆性，还可以提高钢材 的抗腐蚀能力
第56卷第5期 2019年10月
ft I i5畐与管道 PROCESS EQUIPMENT & PIPING
Vol. 56 No. 5 Oct. 2019
SA-336 F22 Cl・3钢焊接热处理工艺研究及应用
陈军 （上海大隆机器厂有限公司，上海200431）
摘要：对SA-336 F22 C1.3钢的焊接热处理工艺展开分析，通过钢材的焊接工艺评定试验，取得了质
1设备制造工艺分析
珠光体耐热钢的高压厚壁容器制造难点在于筒 体厚，焊接过程持续时间长，焊接质量控制难度较大， 主要存在以下3个方面问题：
（1） 珠光体耐热钢在焊后冷却较低温度时发生 马氏体转变，易产生淬硬组织，使焊接接头变脆。焊 接厚板时，由于焊接接头拘束度较大，冷却速度过快， 加上氢的有害影响，极易产生冷裂纹。
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 445 °C高温屈服强度/MPa 伸长率力/% 断面收缩率Z/%
515-690
310
233
M 20
M 40
冲击性能
冲击吸收能量-30 °C KV2/J M 54
表3焊条化学成分
Table 3 Electrode chemical composition
%
元素
C
Si
2试验材料及可焊性分析
试验材料SA-336 F22 C1.3钢的化学成分见表1, 力学性能见表2。焊材选用时主要考虑强度匹配和化 学成分匹配，手工焊焊条选取E9018-B3H4R,埋弧 焊焊丝焊剂选取EB3R、UV420TTR-W,化学成分见
收稿日期:2019-04-17 作者简介：陈军（1987-）,男，本科，主要从事研究锅炉、压
CEN = C+A (C) [Si/24+Mn/l6+Cu/l5+Ni/20+ (Cr+Mo+V+Nb) /5+5B]
式中 A (C)为碳的适应系数，当C = 0.10% , A (C) =0.70 o 则
CEN = 0.10 + 0.70[0.08/24 + 0.51/16 + 0.01/15+0.15/ 20+(2.21 + 1.02)/51 = 0.58
%
元素
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
Cu
Sb
Sn
As
含量
0」0
0.08
0.51 0.007 0.007 2.21
1.02
0」5
0.01
0.001
0.002 0.001
表2 SA-336 F22 C1.3钢力学性能 Table 2 SA-336 F22 C1.3 mechanical property
拉伸性能
量可靠的焊接接头，掌握了 SA-336 F22 C1.3钢的焊接要点。最终确定了合理的焊接及热处理工艺参
数，并在产晶制造中应用，获得了满意的使用效果。
关键词：耐热钢；冷裂纹；热输入；焊接工艺评定；热处理
中图分类号：TQ 050.4： TH 142
文献标识码：A
文章编号：1009-3281 （2019） 05-0014-006
（2） 珠光体耐热钢属于再热裂纹敏感的钢种， 敏感温度区间为500-700°C,这类钢材在焊后消应力 热处理及长期高温工作时，热影响区及熔合线附近的 粗晶区容易产生再热裂纹。
（3） <y（Cr） =2%〜3%的珠光体耐热钢焊接接头 长期在371-593 °C范围内工作时，会发生接头脆化导 致焊接接头失效，这与钢中的S、P、Sb、Sn、As等 杂质元素和合金元素含量有关，防止脆化的主要措施 是严格控制这些元素和杂质的含量。
%
元素
C
Si
Mn
S
P
Cr
Mo
Ni
V
Cu
As
Sn
Sb
含量
0」2
Байду номын сангаас
0.09
0.55 0.003 0.004 2.52
1.01 0.030 0.008 0.005 0.004 0.001 0.002
钢的淬硬性越大，可焊性就越差。淬硬性在理 论上与常用钢材的碳当量来衡量。根据经验公式计算 SA-336 F22 C1.3 钢的碳当量(CEN)® :
SA-336 F22 C1.3钢焊接时主要存在的问题是冷 裂纹、热影响区的硬化，焊后热处理的再热裂纹及高 温长期使用时焊接接头脆化等。此类材料在临氢的环 境中，高温高压下氢原子在设备表面或渗入钢内部 与不稳定的碳化物发生反应生成甲烷，使钢材脱碳， 钢材出现鼓包开裂导致接头失效。笔者通过焊接材料 的质量控制、选取合理的焊接及热处理工艺参数等措 施获得了满意的焊接接头力学性能，为产品顺利制造 提供了技术支持。
Mn
S
P
Cr
Mo
N
Cu
Ti
Nb
As
Sn
Sb
含量 0.08 0.28 0.79 0.005 0.006 2.38 1.02 0」6 0.004 0.003 0.001 0.001 0.001 0.001
表4埋弧焊焊丝化学成分
Table 4 Chemical composition of submerged arc welding wire
力容器、管道焊接及热处理等技术管理工作。
2019年10月
陈军.SA-336 F22 C1.3钢焊接热处理工艺研究及应用
• 15 •
表3〜4,焊条的扩散氢含量W4mL/100g。材料入库 前应进行化分及力学性能复验。
表1 SA-336 F22 C1.3钢化学成分
Table 1 SA-336 F22 C1.3 chemical composition