CN104874937B - 贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB的焊接工艺 - Google Patents

贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB的焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB的焊接工艺。该工艺为：焊接前对贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB母材进行预热；采用化学成分及机械性能与母材匹配的金属焊丝；采用多道/层焊接方式对母材进行焊接，控制焊接热输入量，控制每层焊缝厚度和层间温度；焊后空冷至室温后进行焊后热处理。本发明能保证焊缝性能得到最大的提升，完全满足焊接工艺评定的要求，焊缝部位的抗拉强度为660MPa，焊缝部位的屈服强度为495MPa，断面收缩率为25％，在弯曲面上任何方向上没有开裂，焊缝组织为回火贝氏体组织，抗拉强度、屈服强度及伸长率三个方面达到满足母材的性能。

Description

贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB的焊接工艺
技术领域
本发明涉及焊接工艺，尤其是一种贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB的焊接工艺。
背景技术
随着火电机组向着高参数大容量方向发展，为此开发了一些新型的贝氏体、马氏体和奥氏体耐热钢。这些钢均为通过多种微量元素进行多元强化，因此这些钢中的合金元素含量相对较高，碳当量也相对较高，焊接性能相比之下有所下降。对于T91、T92钢，我国还主要依赖进口，而12Cr2MoWVTiB钢是我国自行研制并能自行生产的能用于高参数大容量机组的钢种。
依据NB/T47014《承压设备焊接工艺评定》标准对12Cr2MoWVTiB钢进行焊接工艺评定，通过对焊接接头抗拉强度、屈服强度、弯曲性能及伸长率等方面测定，还不能完全满足评定标准和母材的要求，尤其在抗拉强度、屈服强度及伸长率三个方面还远远不能达到母材的规定要求。
发明内容
本发明旨在解决现有技术存在的上述问题，而提供一种贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB的焊接工艺，保证贝氏体耐热钢焊接接头性能尤其是抗拉强度、屈服强度及伸长率三个方面达到满足母材的性能。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：
一种贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB的焊接工艺，其特别之处在于：
焊接前对贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB母材进行预热；
采用化学成分及机械性能与母材匹配的金属焊丝；
采用多道/层焊接方式对母材进行焊接，控制焊接热输入量，控制每层焊缝厚度和层间温度；
焊后空冷至室温后进行焊后热处理。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：
①通过控制最低预热温度、层间温度、焊接热输入量，能够避免焊缝在高温下停留时间太长导致组织粗大而影响焊接接头（焊缝）机械性能的问题；
②金属焊丝的化学成分及机械性能与母材匹配，既能保证焊缝金属的化学成分与母材匹配，还能保证焊接接头的机械性能尤其是抗拉强度、屈服强度及伸长率与母材匹配；
③通过焊后热处理工序，进一步细化晶粒，提高焊接接头（焊缝）的机械性能，满足焊缝机械性能要求；
④焊接工艺能达到以下要求：焊缝部位的抗拉强度为660MPa，焊缝部位的屈服强度为495MPa，断面收缩率为25％，弯曲性能：在弯曲面上，在任何方向上没有开裂，焊缝组织为回火贝氏体组织。
⑤保证焊缝性能得到最大的提升，完全满足焊接工艺评定的要求，使锅炉机组使用更加安全。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：
母材预热温度为150～200℃。
金属焊丝的化学成分，以质量百分比计：C为0.05～0.12%，Mn为0.75～1.00%，Si为0.45～0.70%，S为≤0.025%，P为≤0.025%，Cr为1.80～2.20%，Mo为0.50～0.70%，V为0.25～0.45%，W为0.30～0.50%，B为0.003～0.005%，Cu为≤0.30%，其余为Fe。
焊接热输入量控制在14.0～18.9kJ/cm的范围内。
执行焊接时，施加的焊接电流：150～180A，电压：12～14V；焊接速度：8～9cm/min。
每层焊缝厚度控制在2～4mm；层间温度控制在200～300℃。
焊后热处理工艺条件是：升温速度：≤200℃/h；保温温度：765±5℃，保温：120min；降温速度：≤250℃/h，冷却至400℃后出炉空冷。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明实施本发明的工艺条件和产生的效果，旨在更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本发明可实施范围的限定。
实施例1：
焊接及热处理参数：
母材预热温度为150℃；
以质量百分比计，金属焊丝的化学成分是：C为0.09%，Mn为0.80%，Si为0.50%，S为0.02%，P为0.02%，Cr为1.80%，Mo为0.60%，V为0.35%，W为0.30%，B为0.004%，Cu为0.30%，其余为Fe；
焊接热输入量：16.0 kJ/cm；
焊接电流：150A，电压：12V；焊接速度：9cm/min；
焊缝厚度：3.5mm，层间温度：250℃；
焊后热处理工艺：升温速度：180℃/h；降温速度：220℃/h，保温温度：765±5℃，保温：120min，冷却至400℃后出炉空冷。
焊后性能检测结果：抗拉强度为650～660MPa，焊缝部位的屈服强度为480～495MPa，断面收缩率为24％～25％，弯曲性能：在弯曲面上，在任何方向上没有开裂，焊缝组织为回火贝氏体组织。
实施例2：
焊接及热处理参数：
预热温度：170℃；
金属焊丝的化学成分，以质量百分比计：C为0.06%，Mn为0.92%，Si为0.54%，S为0.023%，P为0.019%，Cr为2.06%，Mo为0.55%，V为0.42%，W为0.42%，B为0.003%，Cu为0.25%，其余为Fe。
焊接热输入量控制在18.9 kJ/cm的范围内。
焊接电流：170 A，电压：13V；焊接速度：8.5cm/min。
每层焊缝厚度控制在2.5mm；层间温度控制在200℃。
焊后热处理工艺：升温速度：200℃/h；降温速度：200℃/h保温温度：765±5℃，保温：120min，冷却至400℃后出炉空冷。
焊后性能检测结果：抗拉强度为658～668MPa，焊缝部位的屈服强度为478～485MPa，断面收缩率为23％～26％，弯曲性能：在弯曲面上，在任何方向上没有开裂，焊缝组织为回火贝氏体组织。
实施例3：
焊接及热处理参数：
预热温度：200℃；
金属焊丝的化学成分，以质量百分比计：C为0.10%，Mn为0.75%，Si为0.63%，S为0.025%，P为≤0.017%，Cr为2.10%，Mo为0.66%，V为0.28%，W为0.47%，B为0.005%，Cu为0.20%，其余为Fe。
焊接热输入量控制在14.0kJ/cm的范围内。
执行焊接时，施加的焊接电流：180A，电压： 14V；焊接速度：8cm/min。
每层焊缝厚度控制在4mm；层间温度控制在300℃。
焊后热处理工艺：升温速度：190℃/h；降温速度：210℃/h保温温度：765±5℃，保温：120min，冷却至400℃后出炉空冷
焊后性能检测结果：抗拉强度为640～650MPa，焊缝部位的屈服强度为490～495MPa，断面收缩率为28％～29％，弯曲性能：在弯曲面上，在任何方向上没有开裂，焊缝组织为回火贝氏体组织。
上述实施例均满足标准规定值：抗拉强度大于540MPa，焊缝部位的屈服强度大于345MPa，断面收缩率大于18％，且在弯曲面上没有任何开裂现象出现。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (1)

1.一种贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB的焊接工艺，其特在于：
焊接前对贝氏体耐热钢12Cr2MoWVTiB母材进行预热；母材预热温度为150～200℃；
采用化学成分及机械性能与母材匹配的金属焊丝；金属焊丝的化学成分，以质量百分比计：C为0.05～0.12%，Mn为0.75～1.00%，Si为0.45～0.70%，S为≤0.025%，P为≤0.025%，Cr为1.80～2.20%，Mo为0.50～0.70%，V为0.25～0.45%，W为0.30～0.50%，B为0.003～0.005%，Cu为≤0.30%，其余为Fe；
采用多道/层焊接方式对母材进行焊接，控制焊接热输入量，控制每层焊缝厚度和层间温度；焊接热输入量控制在14.0～18.9kJ/cm的范围内；执行焊接时，施加的焊接电流：150～180A，电压：12～14V；焊接速度：8～9cm/min；每层焊缝厚度控制在2～4mm；层间温度控制在200～300℃；
焊后空冷至室温后进行焊后热处理；焊后热处理工艺条件是：升温速度：≤200℃/h；保温温度：765±5℃，保温：120min；降温速度：≤250℃/h，冷却至400℃后出炉空冷。
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