李秀杰 段莉蕾 谷文

摘要： 針對(duì)2.25Cr1Mo0.25V鋼加氫反應(yīng)器產(chǎn)品的焊接再熱裂紋敏感性，按照API 934#A 附錄B（2012）推薦的試驗(yàn)方法對(duì)2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊絲/焊劑開(kāi)展再熱裂紋試驗(yàn)，以便評(píng)估該焊接材料再熱裂紋的敏感程度。

關(guān)鍵詞： 再熱裂紋；埋弧焊；敏感性

中圖分類號(hào)： TG-457.11

Abstract： In order to evaluate the sensitivity of hydrogen reactor， produced by CFHI and made of 2.25Cr-1Mo-0.25V steel， to the reheat crack， the reheat cracking sensitivity of 2.25Cr-1Mo-0.25V SAW welding wire / flux which were produced by the Japanese Kobe Steel was tested according to the test method recommended by the 934-A B （2012）. Finally， the sensitivity of this materials was evaluated.

Key words： reheat cracking； SAW； sensitivity

0 前言

2008年初，歐洲25臺(tái)2.25Cr1Mo0.25V鋼厚壁加氫反應(yīng)器遇到了焊縫金屬再熱裂紋問(wèn)題[1]。各地方實(shí)驗(yàn)室做了大量的研究調(diào)查，通過(guò)Gleeble高溫拉伸試驗(yàn)對(duì)焊接材料再熱裂紋的敏感性進(jìn)行了等級(jí)劃分，作為焊接材料篩選試驗(yàn)[2-3]，避免今后的焊縫在后續(xù)的熱處理過(guò)程中產(chǎn)生再熱裂紋。

但是Gleeble拉伸試驗(yàn)設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)室的非常規(guī)設(shè)備，在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室不具備可行性。于是優(yōu)化了這種試驗(yàn)，利用常規(guī)拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行再熱裂紋敏感性篩選試驗(yàn)，并于2012年將這種試驗(yàn)方法納入到了API 934A附錄B（2012）中[4-6]。

中國(guó)一重在2001年首次制造了第一臺(tái)設(shè)計(jì)溫度454 ℃，質(zhì)量540 t的釩改進(jìn)鋼鍛焊加氫反應(yīng)器[7]。目前為止已經(jīng)生產(chǎn)了多臺(tái)2.25Cr1Mo0.25V鋼加氫反應(yīng)器，還未發(fā)現(xiàn)在低合金鋼焊縫中存在再熱裂紋問(wèn)題。早在2011年，中國(guó)一重已經(jīng)采用多種方法進(jìn)行了加釩鋼焊接材料的再熱裂紋試驗(yàn)。從2013年開(kāi)始，中國(guó)一重承攬的一些加氫反應(yīng)器產(chǎn)品技術(shù)條件中增加了對(duì)2.25Cr1Mo0.25V鋼焊接材料進(jìn)行再熱裂紋檢測(cè)的要求[8-9]。為了滿足技術(shù)條件要求，對(duì)2.25Cr1Mo0.25V鋼配套的日本神鋼公司生產(chǎn)的埋弧焊焊材按照API934-A附錄B要求進(jìn)行再熱裂紋敏感性篩選試驗(yàn)，以驗(yàn)證焊縫的再熱裂紋敏感性。

1 試驗(yàn)材料及方法

按照API—934附錄B要求的試驗(yàn)程序如下。

1.1 試板焊接

1.1.1 母材

所采用的母材為2.25Cr1Mo0.25V鍛件，其尺寸為30 mm×120 mm×550 mm。焊接過(guò)程中需添加墊板，墊板材料為Q345，尺寸為10 mm×50 mm×650 mm。

1.1.2 焊接材料

實(shí)際焊接參數(shù)見(jiàn)表1。

表2～表4焊接程序中列舉了再熱裂紋試驗(yàn)的焊接環(huán)節(jié)要求，包括了材料、焊接參數(shù)及后熱的相關(guān)要求。

1.2 坡口形式及焊接順序

試板的尺寸、接順序及坡口形式如圖1所示，試板尺寸為500 mm×200 mm×30 mm，墊板尺寸為600 mm×60 mm×10 mm。

1.3 取樣位置

再熱裂紋試驗(yàn)的試樣取樣位置位于試板表面下7 mm，同一厚度位置并排取樣數(shù)量為2個(gè)，API 934A附錄B（2012）規(guī)定的取樣位置如圖2所示，圖3為焊接試板的低倍形貌及實(shí)際試樣的取樣位置。

1.4 試樣尺寸及形式

試樣的形式及尺寸如圖4所示。

1.5 試驗(yàn)程序

再熱裂紋試驗(yàn)的高溫拉伸試驗(yàn)程序?yàn)椋孩僭诳諝庵性囼?yàn)；②在20～40min內(nèi)加熱到測(cè)試溫度650 ±3 ℃，采用三個(gè)熱電偶，熱電偶與試樣緊密接觸，其中一個(gè)在標(biāo)距中間，其他兩個(gè)分別在橫截面開(kāi)始減小的末端，三個(gè)熱電偶之間的溫度差別不超過(guò)±3 ℃；③保溫10±1 min；④以5×10-4mm/s的平均應(yīng)變速率進(jìn)行拉伸，或者以0.8 mm/min的衡量位移速率進(jìn)行拉伸；⑤試樣冷卻后測(cè)量斷后收縮率，屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率。

再熱裂紋試驗(yàn)的高溫加熱過(guò)程中的溫度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖5所示[3]。

1.6 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

兩個(gè)試樣的面縮率平均值大于等于32%，單個(gè)試樣的斷面收縮率大于等于29%，認(rèn)為焊絲/焊劑組合的抗再熱裂紋性能是合格的。

2 試驗(yàn)結(jié)果

篩選試驗(yàn)在型號(hào)為CMT 5105微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，用于測(cè)試的試驗(yàn)機(jī)、尺寸測(cè)量設(shè)備、加熱設(shè)備和試驗(yàn)氛圍等均滿足API934#A附錄B中要

求。試驗(yàn)過(guò)程中按照2.5條中規(guī)定的試驗(yàn)程序要求執(zhí)行。通過(guò)試驗(yàn)得到一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

再熱裂紋篩選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，應(yīng)力-位移曲線如圖6和圖7所示。

3 結(jié)論

（1）試驗(yàn)采用埋弧焊的焊絲和焊劑結(jié)合，對(duì)制造過(guò)程中2.25Cr1Mo0.25V材料的再熱裂紋敏感性進(jìn)行評(píng)估。這種試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)在于適用所有可能產(chǎn)生制造再熱裂紋的焊接金屬。

（2）采用這樣的試驗(yàn)可以驗(yàn)證2.25Cr1Mo0.25V材料的埋弧焊是否有產(chǎn)生再熱裂紋的敏感性。

（3）根據(jù)API934A附錄B（2012）再熱裂紋敏感性試驗(yàn)方法，日本神戶制鋼所生產(chǎn)的埋弧焊焊絲焊劑在650 ℃保溫10 min后拉伸直至斷裂的斷面收縮值在50%以上，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的兩個(gè)試樣平均值≥32%（單個(gè)值≥29%）的技術(shù)要求。說(shuō)明中國(guó)一重采用的日本神戶制鋼所生產(chǎn)的2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊接材料無(wú)再熱裂紋問(wèn)題。

（4）雖然文中只記錄了兩個(gè)批次焊接材料的篩選試驗(yàn)，后續(xù)又進(jìn)行了更多批次的試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證中國(guó)一重采用2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊接材料無(wú)再熱裂紋的敏感性。

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