15CrMo钢管的焊后热处理工艺

15CrMo钢管的焊后热处理工艺

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焊接?

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重庆JJI维建安工程有限公司(401254)李熙莉

目前,在石油化工行业低合金耐热钢的应用越

来越普遍,特别是Cr—Mo型耐热钢.由于这类钢

含有一定量的碳和合金元素.所以焊接时有一定的

淬硬倾向,在较大拘束应力作用下,容易产生冷裂

纹,焊接性较差.因此,焊前必须进行预热.焊后

为了加速扩散氢的逸出,必须进行焊后热处理:由

于珠光体和马氏体耐热钢具有形成延迟裂纹的倾

向,因此,热处理必须在焊后立即进行,否则必须

进行中问热处理或消氢处理.

我厂安装的甲醇输送管线,其中蒸汽管线部分

材料为15CrMo.由于是现场施工,所以焊接前预

热以及焊后热处理只能用火焰加热和用电加热器进

行局部热处理.通过这样处理的管线,焊接接头及

热影响区没有裂纹及延迟裂纹产生,各个焊口均一

次焊接合格.

1.15CrMo钢的化学成分厦力学性能

15CrMo钢的化学成分见表1.15CrMo钢的力

学性能见表2

裹1化学成分(质■分数)(%)

CSMnSPCrNiMoI其他

0.12～0I7～040～080～040～Co

≤0040040<025

0.180.370701l0055<003

裹2

力学性能

热处理钢号

baK/备注状态

v【Pa/MPa(96)(%)J?crn

930～960℃

正火24”Ci15o≥4帅>/225≥20680～730℃回火

从上表中可看出这种材质的钢材属空淬钢,钢

的力学性能在很大程度上取决于钢的热处理状态对压力容器和管道来说,设计标准规定的许用应力值均以完全热处理状态材料所达到的强度性能为基础;在设备制造及管道安装中,各种加工工艺及焊

接等都将改变钢材的原始状态强度和韧性,因此只有通过最终热处理才能达到设计要求的材料性能.

我们讨论的主要是管道焊接前后如何进行热处

枫~.I-At热抽I)2001年第8鹚

理来保证材料的力学性能.为了更准确地分析

15CrMo钢的热处理工艺,有必要先讨论这种钢材焊接时的特点.

2.15CrMo钢的焊接特点

l5CrMo钢在焊接时一般有以下特点:

(1)淬硬性钢的淬硬性取决于它的碳含量及

合金成分含量.15CrMo钢中的主要合金元素铬和钼都能显着提高钢的淬硬性.特别是钼的作用,比

铬约大5O倍.这些合金元素推迟了钢在冷却过程中的转变,提高了过冷奥氏体的稳定性.

(2)消除应力处理裂纹倾向15CrMo钢焊接

接头消除应力裂纹倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特性及含量,它常产生于焊接热影响区的粗晶段.这种裂纹一般在500～700℃温度范围内形成.采用焊前预热和焊后合理的热处理工艺,避免

在敏感温度区停留时间过长就能防止裂纹的产生.

(3)回火脆?性回火脆?性指钢材及其焊接接头

在350～500℃温度区域长期运行过程中发生剧烈脆变的现象.

3.15CrMo钢的热处理

为了保证母材及焊缝的性能除了在焊接工艺上

控制外,对母材焊前进行预热以及焊后制定合理的热处理方案是十分关键的.

焊前预热是防止钢材在焊接时产生冷裂纹和消

除应力裂纹的有效措施之一.对于预热的温度选择应依据钢材中的合金含量而定.对15CrMo钢管根据管壁的厚度选择预热温度,一般预热温度在150 ～

300℃之间,并控制焊接的层间温度在预热温度

以上.预热温度过高,在最终组织中易形成马氏体组织;在焊接时如果氢含量过高,就易形成焊接接头裂纹.为防止接头裂纹的产生一般采取在焊后立即进行低温后热处理,可基本消除焊缝中的扩散氢,保证接头质量,这种处理也称为消氢处理.消

氢处理温度一般在300～350℃.

焊后热处理不仅能消除焊接过程中产生的焊接

残余应力,而且更重要的是能改善母材的组织,提高接头的综合力学性能同时也能提高焊接接头的高温蠕变强度和组织的稳定性,降低焊缝及热影响37?

区的硬度.

焊后热处理分整体热处理和局部热处理.在管

道安装中焊后热处理一般采用局部热处理即用电加热带缠绕焊缝,外缠保温层进行保温的热处理方法.

(L)15CrMo管线焊接位置筒图(见图L).

注:图上所标数字表示焊缝位置

苎:舱监图总长:240m一

(2)热处理工艺预热热处理工艺曲绂见图

2.消氢热处理工艺曲线见图

3.最终焊后消除应

力热处理工艺曲线见图4.在生产现场一般采取局部预热的方法就能达到预热的效果预热范围一般为焊缝两侧各不小于焊件厚度的3倍,且不小于lOOrnm.消氢处理在焊后要求立即进行,用火焰

加热到300--350℃后立即用保温棉缠绕管线保温, 缓冷至室温.最终热处理在生产现场采取履带式加热器局部热处理的方法.

硝

臻

l

.

3D0～350I

上,下对称安装两只热电偶,热电偶安装在靠近焊

缝边缘的30mm以内,加热器缠绕在焊缝上,宽度以焊缝中心为基准每侧不小于焊缝宽度的3倍.加热器外用细铁丝捆扎硅酸铝保温棉进行保温,保温棉宽以焊缝中心为基准每侧不小于焊缝宽度的6 倍,并要求将未密封管口用保温棉包扎密闭,以保证升温和冷却的温度梯度达到工艺的要求.保温时间根据管壁厚度而定,一般每毫米保温L5min,

且不小于60rain.并要求严格按工艺控制加热和冷却的速度.

图5

1.钢管

2.保温棉

3.加热器

4.检查结果及结论

管道所有焊缝经检验均为一次焊接合格.母

材,焊缝及热影响区硬度符合管道安装标准的要求

综上分析可知,Cr—Mo钢在用于管道安装时,

制定合理的热处理工艺是非常重要的,工艺的合理性是保证钢材在焊接时不产生裂纹及延迟裂纹,安装出优质工程的前提条件.(20010518)

时司r/min

图2图.日本钢结构新技术报告会在京举行

图4