模拟焊后热处理制度对临氢12Cr2Mo1R钢板性能的影响
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当经模拟焊后热处理后，一方面钢中合金元 素以合金碳化物的形式析出，增加了析出强化的 效果。另一方面钢中固溶的合金元素含量减少， 降低了固溶强化的效果。但由于 Cr － Mo 钢中固 溶强化效果占主导作用，C 和合金元素的析出造 成固溶强化减弱量大于析出强化对钢板强度的增 量，所以钢板交货状态下的强度高于钢板经最小 模拟焊后热处理下的强度。随着模拟焊后时间的 延长，钢中固溶的合金元素进一步减少，合金碳化
表 2 钢板交货状态及模拟焊后热处理状态下的拉伸性能
热处理状态 正火 + 回火
Rp0． 2 / Rm / MPa MPa
500
615
正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h ，控制装出炉温度及升降温速度
445
565
正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h 出炉空冷
480
580
正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h ，控制装出炉温度及升降温速度
图 1 钢板头、尾部不同状态下的拉伸性能
由表 2、图 1 可以看出，钢板交货状态下具有 较高的抗拉强度和屈服强度，钢板经模拟焊后热 处理后，其抗拉强度、屈服强度均下降，延伸率上
升，断面收缩率变化不大。随着模拟焊后热处理 时间 的 延 长，钢 板 的 抗 拉 强 度、屈 服 强 度 逐 渐 下 降，钢板的延伸率逐渐升高，断面收缩率变化较复
T －3
正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h 出炉空冷
300 300 300 100 100 100 2． 49 2． 51 2． 49
T －4
正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h ，控制装出炉温度及升降温速度
297 283 300 100 100 100 2． 45 2． 38 2． 49
物析出量随之增大，固溶强化效果的减弱导致钢 板的拉伸性能降低。因此钢板随着模拟焊后时间 的延长，钢板的抗拉强度、屈服强度逐渐降低。
W －5
正火 + 回火 + 最大模拟焊后 690 ℃ × 26 h ，出炉空冷
271 285 288 100 100 100 2． 34 2． 38 2． 41
由表 3 可以看出，钢板交货状态与模拟焊后 状态均具有良好的冲击性能，随着模拟焊后时间 的延长，钢板冲击性能并未产生明显的脆化现象。
2． 3 金相组织 钢板交货状态及不同模拟焊后热处理状态下
的微观组织见图 2。
3 试验结果分析
图 2 交货状态及不同模拟焊后热处理状态下的微观组织
由力学性能试验结果看出，临氢 12Cr2Mo1R
·8·
宽厚板
第 18 卷
钢板在不同热处理状态下拉伸性能差别较大。钢 板交货状态下具有较高的抗拉强度和屈服强度， 但其延伸率和断面收缩率均较低。经模拟焊后热 处理后，其抗拉强度和屈服强度均有降低的趋势， 延伸率和断面收缩率均降低。在相同的模拟焊后 热处理的温度下，随着时间的延长，钢板的抗拉强 度和屈服强度均呈降低的趋势。
第1 期
吴艳阳等： 模拟焊后热处理制度对临氢 12Cr2Mo1R 钢板性能的影响
·7·
杂并且不随着模拟焊后时间的升高呈单一变化。 模拟焊后热处理温度、保温时间相同情况下，钢板 控温状态下钢板的抗拉强度和屈服强度低于不控 温状态下钢板的强度。
2． 2 冲击性能 钢板交货状态及经不同模拟焊后热处理后冲
W －3
正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h，出炉空冷
285 272 300 100 100 100 2． 41 2． 36 2． 5
W －4
正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h，控制装出炉温度及升降温速度
294 275 280 100 100 100 2． 44 2． 36 2． 38
415
540
正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h 出炉空冷
450
555
正火 + 回火
505
615
正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h ，控制装出炉温度及升降温速度
450
575
正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h 出炉空冷
480
来自百度文库
580
正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h ，控制装出炉温度及升降温速度
410
545
正火 + 回火 + 最大模拟焊后 690 ℃ × 26 h 出炉空冷
450
555
A/ % 22． 0 22． 0 24． 5 25． 5 26． 5 23． 0 24． 5 25． 0 26． 5 26． 0
Z/ % 78． 5 77． 0 78． 5 77． 5 74． 5 83． 0 76． 5 76． 0 77． 5 77． 5
高分项目。由于制造厂在把钢板卷成筒体后，要 进行多次焊后热处理，故临氢 12Cr2Mo1R 钢板均 要求模拟焊后的性能。研究模拟焊后热处理制度 对临氢 12Cr2Mo1R 钢板性能的影响，对钢板以后 的生产工艺的制定具有重要的指导作用。
1 试验材料
试验 材 料 选 用 舞 钢 生 产 的 76 mm 厚 临 氢 12Cr2Mo1R 钢板，其化学成分见表 1。
Keywords Simulated PWHT，Strength，Elongation ratio
0 前言
焊后热处理（ 简称 PWHT） 在锅炉及压力容 器等焊接结构的产品制造过程中占有重要的地 位。其主要目的是改善焊接接头的组织性能［1］， 软化淬硬区，降低硬度、提高韧性及蠕变极限，防 止焊 接 结 构 的 脆 性 破 坏［2］； 松 弛 或 消 除 焊 接 应 力，防止延迟裂纹的产生和扩展，提高焊接结构的 使用可靠性和寿命。临氢 12Cr2Mo1R 钢被广泛 应用于国内石油化工行业的加氢反应器项目和热
T －5
正火 + 回火 + 最大模拟焊后 690 ℃ × 26 h 出炉空冷
300 291 300 100 100 100 2． 5 2． 42 2． 49
W －1
正火 + 回火
258 280 277 100 100 100 2． 29 2． 39 2． 31
W － 2 正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h 控制装出炉温度及升降温速度 275 259 269 100 100 100 2． 37 2． 28 2． 3
击性能如表 3 所示。
序号 T －1
表 3 钢板交货状态及经不同模拟焊后热处理后冲击性能
热处理状态
－ 30 ℃ V 型 AKV / J
ψ/%
侧膨胀值 / mm
正火 + 回火
287 291 286 100 100 100 2． 45 2． 51 2． 43
T － 2 正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h 控制装出炉温度及升降温速度 300 283 283 100 100 100 2． 52 2． 4 2． 38
≤ 0． 016
≤ 2 × 10 － 6
≤
≤
20 × 10 － 6 80 × 10 － 6
·6·
宽厚板
第 18 卷
试验样生产工艺流程： 电炉炼钢→LF 炉精炼 →VD 炉真空脱气→喂丝→模铸 / 连铸→清理加 热→轧板→探伤→正火（ 可加速冷却） →回火。 随后在钢板上取科研试样进行模拟焊后热处理试 验。
模 拟焊后热处 理 工 艺 采 用4 种 工 艺 制 度 ： 690 ℃ × 6 h，空冷； 690 ℃ × 6 h，控制装出炉温度 为 300 ℃ ，升降温速度≤100 ℃ / h ； 690 ℃ × 26 h，空冷； 690 ℃ × 26 h，控制装出炉温度为 300 ℃ ， 升降温速度≤100 ℃ / h 。
注： “T”表示头部，“W”表示尾部。
制度 1： 正火 + 回火； 制度 2： 正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h，控制装出炉温度及升降温速度； 制度 3： 正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h，空冷； 制度 4： 正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h，控制装出炉温度及升降温速度； 制度 5： 正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h，空冷。
出现上述性能变化规律，是因为模拟焊后热 处理的过程相当于一个时效过程。随着时效时候 的延长，钢板的拉伸性能逐渐恶化。由钢板的金 相组织检验结果可以看出： 钢板经正火 + 回火热 处理后，其组织为回火贝氏体，可以看出明显的奥 氏体晶界，其晶内析出大量的弥散的点状合金碳 化物。经 690 ℃ × 6 h（ 控制升降温速度和装出炉 温度） 模拟焊后热处理后，晶内析出物明显增多， 且在奥氏体晶界上析出一定量的合金碳化物。钢 板经 690 ℃ × 6 h（ 空冷） 模拟焊后热处理后，晶内 及晶界均析出颗粒状合金碳化物，形貌与钢板经 690 ℃ × 6 h（ 控制升降温速度和装出炉温度） 形 貌接近。进一步延长模拟焊后保温时间，钢板经 690 ℃ × 26 h（ 控制升降温速度和装出炉温度） 模 拟焊后热处理后，晶内、晶界析出物进一步增多， 晶内析出物尺寸不变，呈弥散状分布。对于 Cr － Mo 钢板，其成分中含有 Cr、Mo 等强碳化物形成 元素，强烈推迟奥氏体向珠光体的转变，所以钢板 经正火、回火热处理后，组织为回火贝氏体，具有 良好的冲击性能和拉伸性能。Cr － Mo 钢中强度 主要依靠 C 元素、合金元素的固溶强化以及在晶 界及晶内析出碳化物的析出强化效果来实现。
第 18 卷第 1 期 2012 年 2 月
·试验研究·
宽厚板
WIDE AND HEAVY PLATE
Vol． 18，No． 1
February 2012 ·5·
模拟焊后热处理制度对临氢 12Cr2Mo1R 钢板性能的影响
吴艳阳 温 冰 牛红星 张 萌
（ 舞阳钢铁有限责任公司）
摘 要 介绍了模拟焊后热处理制度对临氢 12Cr2Mo1R 钢板性能的影响，结果表明： 相同的模拟焊后温 度下，随着模拟焊后时间的延长，钢板的强度降低，延伸率升高，模拟焊后时间的延长对钢板的冲击性能、晶粒 度、显微组织影响不大。
（ Wuyang Iron and Steel Co． Ltd）
Abstract The article introduces the impact of different PWHT schedules on the properties of 12Cr2Mo1R steel plate in hydrogen environment． The results show that with the extending of simulated post welding heat treatment duration under the same PWHT temperature，the strength of steel plate decreases and the elongation ratio increases． The extending of the simulate post welding heat treatment duration has little influence on the impact property，grain size and microstructure of the steel plate．
对试验钢板头部和尾部厚度 1 /4 位置切取科 研样坯，执行以上 4 种模拟焊后热处理工艺，随后 进行常温拉伸试验和 － 30 ℃ 低温冲击试验及晶 粒度、金相组织观察。
2 试验结果
2． 1 拉伸性能 钢板交货状态及经不同模拟焊后热处理后拉
伸性能如表 2、图 1 所示。
序号 T －1 T －2 T －3 T －4 T －5 W －1 W －2 W －3 W －4 W －5
表 1 化学成分 /%
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
Cu
Sb
Sn
As
［H］
［O］
［N］
0． 060 ～
0． 170
≤ 0． 100
0． 270 ～
0． 630
≤ 0． 010
≤ 0． 010
1． 900 ～
2． 600
0． 870 ～
1． 130
≤ 0． 200
≤ 0． 200
≤ 0． 003
≤ 0． 015
关键词 模拟焊后热处理 强度 延伸率
The Effect of Simulated Post Welding Heat Treatment on the Properties of 12Cr2Mo1R Steel Plate in Hydrogen Environment
Wu Yanyang，Wen Bing，Niu Hongxing and Zhang Meng
表 2 钢板交货状态及模拟焊后热处理状态下的拉伸性能
热处理状态 正火 + 回火
Rp0． 2 / Rm / MPa MPa
500
615
正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h ，控制装出炉温度及升降温速度
445
565
正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h 出炉空冷
480
580
正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h ，控制装出炉温度及升降温速度
图 1 钢板头、尾部不同状态下的拉伸性能
由表 2、图 1 可以看出，钢板交货状态下具有 较高的抗拉强度和屈服强度，钢板经模拟焊后热 处理后，其抗拉强度、屈服强度均下降，延伸率上
升，断面收缩率变化不大。随着模拟焊后热处理 时间 的 延 长，钢 板 的 抗 拉 强 度、屈 服 强 度 逐 渐 下 降，钢板的延伸率逐渐升高，断面收缩率变化较复
T －3
正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h 出炉空冷
300 300 300 100 100 100 2． 49 2． 51 2． 49
T －4
正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h ，控制装出炉温度及升降温速度
297 283 300 100 100 100 2． 45 2． 38 2． 49
物析出量随之增大，固溶强化效果的减弱导致钢 板的拉伸性能降低。因此钢板随着模拟焊后时间 的延长，钢板的抗拉强度、屈服强度逐渐降低。
W －5
正火 + 回火 + 最大模拟焊后 690 ℃ × 26 h ，出炉空冷
271 285 288 100 100 100 2． 34 2． 38 2． 41
由表 3 可以看出，钢板交货状态与模拟焊后 状态均具有良好的冲击性能，随着模拟焊后时间 的延长，钢板冲击性能并未产生明显的脆化现象。
2． 3 金相组织 钢板交货状态及不同模拟焊后热处理状态下
的微观组织见图 2。
3 试验结果分析
图 2 交货状态及不同模拟焊后热处理状态下的微观组织
由力学性能试验结果看出，临氢 12Cr2Mo1R
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第 18 卷
钢板在不同热处理状态下拉伸性能差别较大。钢 板交货状态下具有较高的抗拉强度和屈服强度， 但其延伸率和断面收缩率均较低。经模拟焊后热 处理后，其抗拉强度和屈服强度均有降低的趋势， 延伸率和断面收缩率均降低。在相同的模拟焊后 热处理的温度下，随着时间的延长，钢板的抗拉强 度和屈服强度均呈降低的趋势。
第1 期
吴艳阳等： 模拟焊后热处理制度对临氢 12Cr2Mo1R 钢板性能的影响
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杂并且不随着模拟焊后时间的升高呈单一变化。 模拟焊后热处理温度、保温时间相同情况下，钢板 控温状态下钢板的抗拉强度和屈服强度低于不控 温状态下钢板的强度。
2． 2 冲击性能 钢板交货状态及经不同模拟焊后热处理后冲
W －3
正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h，出炉空冷
285 272 300 100 100 100 2． 41 2． 36 2． 5
W －4
正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h，控制装出炉温度及升降温速度
294 275 280 100 100 100 2． 44 2． 36 2． 38
415
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正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h 出炉空冷
450
555
正火 + 回火
505
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正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h ，控制装出炉温度及升降温速度
450
575
正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h 出炉空冷
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来自百度文库
580
正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h ，控制装出炉温度及升降温速度
410
545
正火 + 回火 + 最大模拟焊后 690 ℃ × 26 h 出炉空冷
450
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A/ % 22． 0 22． 0 24． 5 25． 5 26． 5 23． 0 24． 5 25． 0 26． 5 26． 0
Z/ % 78． 5 77． 0 78． 5 77． 5 74． 5 83． 0 76． 5 76． 0 77． 5 77． 5
高分项目。由于制造厂在把钢板卷成筒体后，要 进行多次焊后热处理，故临氢 12Cr2Mo1R 钢板均 要求模拟焊后的性能。研究模拟焊后热处理制度 对临氢 12Cr2Mo1R 钢板性能的影响，对钢板以后 的生产工艺的制定具有重要的指导作用。
1 试验材料
试验 材 料 选 用 舞 钢 生 产 的 76 mm 厚 临 氢 12Cr2Mo1R 钢板，其化学成分见表 1。
Keywords Simulated PWHT，Strength，Elongation ratio
0 前言
焊后热处理（ 简称 PWHT） 在锅炉及压力容 器等焊接结构的产品制造过程中占有重要的地 位。其主要目的是改善焊接接头的组织性能［1］， 软化淬硬区，降低硬度、提高韧性及蠕变极限，防 止焊 接 结 构 的 脆 性 破 坏［2］； 松 弛 或 消 除 焊 接 应 力，防止延迟裂纹的产生和扩展，提高焊接结构的 使用可靠性和寿命。临氢 12Cr2Mo1R 钢被广泛 应用于国内石油化工行业的加氢反应器项目和热
T －5
正火 + 回火 + 最大模拟焊后 690 ℃ × 26 h 出炉空冷
300 291 300 100 100 100 2． 5 2． 42 2． 49
W －1
正火 + 回火
258 280 277 100 100 100 2． 29 2． 39 2． 31
W － 2 正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h 控制装出炉温度及升降温速度 275 259 269 100 100 100 2． 37 2． 28 2． 3
击性能如表 3 所示。
序号 T －1
表 3 钢板交货状态及经不同模拟焊后热处理后冲击性能
热处理状态
－ 30 ℃ V 型 AKV / J
ψ/%
侧膨胀值 / mm
正火 + 回火
287 291 286 100 100 100 2． 45 2． 51 2． 43
T － 2 正火 + 回火 + 最小模拟焊后 690 ℃ × 8 h 控制装出炉温度及升降温速度 300 283 283 100 100 100 2． 52 2． 4 2． 38
≤ 0． 016
≤ 2 × 10 － 6
≤
≤
20 × 10 － 6 80 × 10 － 6
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试验样生产工艺流程： 电炉炼钢→LF 炉精炼 →VD 炉真空脱气→喂丝→模铸 / 连铸→清理加 热→轧板→探伤→正火（ 可加速冷却） →回火。 随后在钢板上取科研试样进行模拟焊后热处理试 验。
模 拟焊后热处 理 工 艺 采 用4 种 工 艺 制 度 ： 690 ℃ × 6 h，空冷； 690 ℃ × 6 h，控制装出炉温度 为 300 ℃ ，升降温速度≤100 ℃ / h ； 690 ℃ × 26 h，空冷； 690 ℃ × 26 h，控制装出炉温度为 300 ℃ ， 升降温速度≤100 ℃ / h 。
注： “T”表示头部，“W”表示尾部。
制度 1： 正火 + 回火； 制度 2： 正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h，控制装出炉温度及升降温速度； 制度 3： 正火 + 回火 + 690 ℃ × 8 h，空冷； 制度 4： 正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h，控制装出炉温度及升降温速度； 制度 5： 正火 + 回火 + 690 ℃ × 26 h，空冷。
出现上述性能变化规律，是因为模拟焊后热 处理的过程相当于一个时效过程。随着时效时候 的延长，钢板的拉伸性能逐渐恶化。由钢板的金 相组织检验结果可以看出： 钢板经正火 + 回火热 处理后，其组织为回火贝氏体，可以看出明显的奥 氏体晶界，其晶内析出大量的弥散的点状合金碳 化物。经 690 ℃ × 6 h（ 控制升降温速度和装出炉 温度） 模拟焊后热处理后，晶内析出物明显增多， 且在奥氏体晶界上析出一定量的合金碳化物。钢 板经 690 ℃ × 6 h（ 空冷） 模拟焊后热处理后，晶内 及晶界均析出颗粒状合金碳化物，形貌与钢板经 690 ℃ × 6 h（ 控制升降温速度和装出炉温度） 形 貌接近。进一步延长模拟焊后保温时间，钢板经 690 ℃ × 26 h（ 控制升降温速度和装出炉温度） 模 拟焊后热处理后，晶内、晶界析出物进一步增多， 晶内析出物尺寸不变，呈弥散状分布。对于 Cr － Mo 钢板，其成分中含有 Cr、Mo 等强碳化物形成 元素，强烈推迟奥氏体向珠光体的转变，所以钢板 经正火、回火热处理后，组织为回火贝氏体，具有 良好的冲击性能和拉伸性能。Cr － Mo 钢中强度 主要依靠 C 元素、合金元素的固溶强化以及在晶 界及晶内析出碳化物的析出强化效果来实现。
第 18 卷第 1 期 2012 年 2 月
·试验研究·
宽厚板
WIDE AND HEAVY PLATE
Vol． 18，No． 1
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模拟焊后热处理制度对临氢 12Cr2Mo1R 钢板性能的影响
吴艳阳 温 冰 牛红星 张 萌
（ 舞阳钢铁有限责任公司）
摘 要 介绍了模拟焊后热处理制度对临氢 12Cr2Mo1R 钢板性能的影响，结果表明： 相同的模拟焊后温 度下，随着模拟焊后时间的延长，钢板的强度降低，延伸率升高，模拟焊后时间的延长对钢板的冲击性能、晶粒 度、显微组织影响不大。
（ Wuyang Iron and Steel Co． Ltd）
Abstract The article introduces the impact of different PWHT schedules on the properties of 12Cr2Mo1R steel plate in hydrogen environment． The results show that with the extending of simulated post welding heat treatment duration under the same PWHT temperature，the strength of steel plate decreases and the elongation ratio increases． The extending of the simulate post welding heat treatment duration has little influence on the impact property，grain size and microstructure of the steel plate．
对试验钢板头部和尾部厚度 1 /4 位置切取科 研样坯，执行以上 4 种模拟焊后热处理工艺，随后 进行常温拉伸试验和 － 30 ℃ 低温冲击试验及晶 粒度、金相组织观察。
2 试验结果
2． 1 拉伸性能 钢板交货状态及经不同模拟焊后热处理后拉
伸性能如表 2、图 1 所示。
序号 T －1 T －2 T －3 T －4 T －5 W －1 W －2 W －3 W －4 W －5
表 1 化学成分 /%
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
Cu
Sb
Sn
As
［H］
［O］
［N］
0． 060 ～
0． 170
≤ 0． 100
0． 270 ～
0． 630
≤ 0． 010
≤ 0． 010
1． 900 ～
2． 600
0． 870 ～
1． 130
≤ 0． 200
≤ 0． 200
≤ 0． 003
≤ 0． 015
关键词 模拟焊后热处理 强度 延伸率
The Effect of Simulated Post Welding Heat Treatment on the Properties of 12Cr2Mo1R Steel Plate in Hydrogen Environment
Wu Yanyang，Wen Bing，Niu Hongxing and Zhang Meng