珠光體型耐熱鋼是以Cr ,Mo為主要合金元素的低合金剛,這類鋼具有較高的抗氧化能力和熱強性,因此在對高溫有嚴格要求的工業項目中被作為首選,同時這種珠光體型耐熱鋼還具有良好的抗硫化物和氫的腐蝕能力,廣泛應用于350~600℃范圍工作的發中設備的鍋爐、汽輪機、壓力管道及石油化工設備。
一、焊接性分析
低合金耐熱鋼合金元素總質量分數一般為5%以下,碳的質量分數一般在0.2%以下,在正火狀態下,合金元素質量分數在2.5%以下的鋼一般具有珠光體加鐵素體組織亦稱珠光體耐熱鋼。12Cr1MoV、屬于低合金耐熱鋼,在焊接過程中有較好的焊接性。但如果對供貨狀態及本材質的合金元素不了解,焊接工藝選擇不當或焊接材料選用不正確,焊接接頭可能發生裂紋、產生脆性、接頭軟化等問題;在接頭內及熱影響區有較大的殘余應力等現象。這些缺陷的產生,直接影響焊接接頭的性能和焊縫的質量。12Cr1MoV耐熱鋼的焊接性可從以下幾方面進行分析:
1、焊縫金屬的合金化問題 珠光體耐熱鋼大都以Cr、Mo合金元素為基礎,其高溫強度和高溫抗氧化性較好。
衡量珠光體鋼高溫強度的主要指標有兩個:其一是蠕變極限。它是高溫下,金屬開始發生緩慢變形時的應力。這種緩慢變形叫高溫蠕變;其二是持久強度,它是高溫下,金屬長期工作不致斷裂時的應力。
適當加入Mo可以提高珠光體耐熱鋼高溫強度,因鉬熔點較高,對提高金屬的高溫強度作用明顯,同時加少量的v,可以形成碳化釩,以阻礙高溫時金屬組織的塑性變形。而要提高珠光體耐熱鋼的高溫抗氧化性,則要在鋼中加入適量的Cr。因為Cr和O2的親和力比Fe和O2的親和力大,在高溫時、金屬表面首先形成一層氧化鉻保護膜、從而防止內部金屬氧化,可提高珠光體耐熱鋼的蠕變極限。
2、冷裂紋傾向 珠光體型耐熱鋼焊接時在焊縫和熱影響區,容易產生硬而脆的馬氏體組織,而且內應力很大,容易使焊縫的熱影響區產生冷裂紋。此外在一般情況下,焊縫含碳量比母材低,因此母材熱影響區中奧氏體尚未轉變時,焊縫中的奧氏體轉變卻已開始,這時如果熔池里含有較多的H,在奧氏體發生組織轉變時,氫的溶解度突然降低,焊縫中的H便向近縫區尚未轉變的奧氏體中擴散,待近縫區奧氏體轉變為馬氏體時,溫度已很低,氫已無法向外逸出,只能在馬氏體中呈飽和狀態存在,因而會產生很大的氫致應力、使馬氏體脆化,再加上其它應力(熱應力、相變應力和拘束應力),更加速了近縫區產生冷裂紋的傾向。
3、再熱裂紋傾向 12Cr1MoV鋼中常加入的Cr、Mo、V、Ti、Nb等合金元素均是碳化物形成元素,對再熱裂紋敏感性較大,焊接時,在熱影響區的粗晶區內,由這些元素形成的碳化物固溶到金屬中。焊后,由于冷卻速度比較大,不能充分析出,當接頭再次受到高溫加熱時,這些元素重新形成沉淀相在晶內彌散析出,在晶內得到強化,因而易在相對薄弱的晶界產生再熱裂紋。
4、回火脆性 低合金珠光體耐熱鋼12Cr1MoV的焊接接頭在350~500℃溫度范圍內,長期運行過程中發生缺口沖擊韌性劇烈降低現象,這是由回火韌性引起的。產生回火韌性的原因主要是由于在回火韌性溫度范圍長時間加熱后,P、As、Sn、Sb等雜質元素在奧氏體晶界偏析并引起晶界弱化所致。此外與促進回火脆性的Mn、Si元素也有關系。因此嚴格控制鋼材和焊縫中有害雜質的含量和降低Mn、Si的含量是解決回火脆性問題的有效措施。
5、焊接接頭軟化問題 焊接接頭軟化區主要產生在經正火加回火或經調質處理的珠光體耐熱鋼的熱影響區中,其部位在峰值溫度超過原始回火溫度的區域。鋼的強度越高,焊后軟化程度越大,這個部位常常是12Cr1MoV鋼在長期高溫工作時產生斷裂的部位。在宏觀金相試片上可以看到這個部位是一條明顯的“白帶”,而在光學顯微鏡和電鏡下觀察,該部除了大部分是鐵素體外,有以發生聚集的碳化物,還有奧氏體分解產物,也可以看到細微的鑲嵌塊,從而使這一部位的硬度明顯降低。為了減小軟化程度,應盡量減少接頭在Ac1附近停留的時間。
二、焊接工藝
1.焊接方法
低合金珠光體耐熱鋼12Cr1MoV適合于所有的焊接方法焊接。目前常用的焊接方法有手工電弧焊、手工鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊、埋弧焊等。對于厚壁構件,常用埋弧焊,對于各種口徑的管道常用手工鎢極氬弧焊、手工電弧焊、熔化極氣體保護焊。