12cr1mov钢用高韧性焊条的开发及应用

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1、12Cr1MoV钢用高韧性焊条的开发及应用　　摘要：低合金耐热钢12Cr1MoV焊接预热温度高，给生产应用带来不便，为解决此问题，提出了一种12Cr1MoV用新型焊条，焊条成分设计中采用低碳加钨的方式解决强度与韧性的匹配问题。对焊条进行试验验证，试验结果显示焊条具有12Cr1MoV耐热钢相当的常温力学性能和高温持久强度；同时焊条具有高的抗裂性，在室温（20℃）下对厚度超过8mm以上的12Cr1MoV耐热钢焊接可不预热，且不需要后热消氢。该焊条已在产品生产中得到应用，具有较好的推广价值。　　关键词：新型；焊条；低碳加

2、钨；强韧性　　中图分类号：TG422　　0前言　　随着燃煤发电锅炉参数和容量的不断提升，锅炉用低合金耐热钢管12Cr1MoV壁厚随之不断增加，特别是集箱筒身用管最厚已达到145mm。此外，集箱筒身布满大小管接头后耳板等承压承力件，进一步加剧了集箱角焊缝的拘束度。高拘束度厚壁集箱角焊缝焊接面临诸多问题，而焊接冷裂纹的问题尤为显著。工程中焊接冷裂纹问题的主要是通过预热来解决，12Cr1MoVG材料有标准推荐预热温度不小于120℃，也有推荐预热温度200～250℃。　　对于厚壁集箱预热，主要采用天然气火焰、内置式电加热器

3、和感应加热器。采用天然气火焰加热操作较为方便，但工作条件恶劣，同时厚壁集箱加热时间长且难以保温。若采用内置式电加热器或感应加热器，虽然比天然气火焰加热要快，但是设备能耗高，且准备时间较长，使用不方便。集箱管接头的焊接主要采用焊条电弧焊，按照焊接材料匹配选材原则，12Cr1MoV厚壁集箱焊接选用耐热钢焊条R317（E5515-1CMV），焊前预热200～250℃。为了解决12Cr1MoV集箱焊接预热问题，提出了一种新型高韧性焊条R317WHR，采用该焊条在室温下焊接厚壁12Cr1MoV集箱可不预热。　　1开发思路及技

4、术路线　　预热的目的是避免焊接冷裂纹，如果降低预热温度或不预热，则需要考虑提高焊接过程中接头焊接冷裂纹敏感性。影响焊接冷裂纹的三要素是结构的拘束度、扩散氢与淬硬组织，在集箱结构不变的情况下，焊条开发需从扩散氢和焊缝组织入手，同时考虑熔敷金属强度与韧性匹配、高温持久强度匹配、高温抗氧化性[1]匹配等问题。焊缝组织由成分决定，工程上从成分角度评估材料冷裂纹敏感性主要通过冷裂敏感指数Pcm和碳当量Ceq。　　基于以上考虑，提出了12Cr1MoV新型超低氢高韧性耐热钢焊条的基本思路：　　（1）控制焊条的扩散氢含量，达到超低

5、氢HDM≤5mL/100g（IIW规定，水银法或气相色谱法）。　　（2）降低焊条熔敷金属元素碳（C），控制铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）的含量，即实现降低焊条熔敷金属冷裂敏感指数（Pcm）和碳当量（Ceq），提高焊条的抗冷裂性和韧性。　　（3）严格控制杂质元素硫（S）和磷（P）的含量，增强晶界结合强度，降低焊条的热裂纹倾向，提高焊条的抗热裂性。　　（4）由于降低了C和控制了Cr，Mo，V等元素的含量，势必引起焊条熔敷金属持久强度的下降，为了弥补持久强度的下降，所以在焊条中加入适量的金属元素钨（W），利用W、Mo联

6、合固溶强化，确保新焊条在560℃以下高温持久强度不低于12Cr1MoV钢的要求，同时兼顾焊条熔敷金属的抗氧化性。　　（5）新焊条应具有良好的焊接工艺性，如飞溅少，易脱渣等。　　整理上述思路，获得图1所示的技术路线。　　R317WHR焊条焊芯采用H08A材质盘元，与R317一致，熔敷金属合金成分的调整主要通过药皮成分调整实现，R317WHR焊条熔敷金属成分范围与R317对比见表1。　　2焊接试验验证　　在确定焊材配方及熔敷金属成分后，对焊材性能进行测试验证，主要包括典型组分的常温力学性能，扩散氢含量，冷裂纹敏感性和高

7、温持久性能。　　2.1典型组分的常温力学性能试验　　根据表1熔敷金属成分范围要求，试制了多批次规格为4.0的R317WHR焊条，并且按GB/T5118《热强钢焊条》的要求进行了熔敷金属力学性能试验，焊后热处理730±15℃/120min，熔敷金属化学成分见表3，常温力学性能见表4。试验结果显示，随着合金元素含量的降低，特别是随着强化元素C，W的下降，熔敷金属强度下降，接近标准下限但符合标准要求，延伸率和冲击值大幅提高，改进后R317WHR焊条韧塑性远高于改进前R317焊条标准要求。　　2.2?U散氢测定　　选择表3

8、中典型成分3号焊条，根据GB/T3965―1995《熔敷金属中扩散氢测定方法》，烘干380℃×2h，采用气相色谱法测得焊条熔敷金属扩散氢含量为3.34mL/100g，3.25mL/100g，3.93mL/100g，4.20mL/100g，都在超低氢规定范围内（HDM≤5mL/100g）。　　3号焊条烘干380℃×1h，采用甘油法测得焊条熔敷金属扩散氢含量为0