杜金涛，潘秀娟

（兰州兰石重型装备股份有限公司，甘肃兰州730050）

大热输入量对Cr-Mo-V钢性能的影响

杜金涛，潘秀娟

（兰州兰石重型装备股份有限公司，甘肃兰州730050）

Cr-Mo-V钢具有较高的抗高温蠕变性能和抗回火脆化能力，广泛应用于临氢高压设备中。该钢种的焊接接头要求很高，特别是低温韧性。目前Cr-Mo-V钢焊接更多采用小热输入量多层多道焊，但熔敷效率低且容易造成夹渣等焊接缺陷。对焊条电弧焊和埋弧焊采用大热输入量进行试验，分析大热输入量对Cr-Mo-V钢焊缝性能的影响，探究大规范焊接的可行性，以便在实际生产中提高效率。

Cr-Mo-V钢；热输入量；力学性能

0 前言

随着加工原油日趋重质或超重质化，在生产工艺上出现了重质油的裂化和煤液化等新工艺，常规Cr-Mo钢在抗氢性能、抗蠕变性能和最高使用温度限制方面已满足不了某些场合的需求，特别是随着加氢工艺技术的发展，加氢反应器的尺寸越来越大，设计条件更加苛刻，高温强度、抗氢侵蚀等能力不能满足现代加氢技术的发展。

Cr-Mo-V钢通过微合金化提高了钢的淬透性和钢的强度等级，并具有较高的抗高温蠕变性能和抗回火脆化能力，更好的抗氢侵蚀、氢脆和氢致裂纹的能力。设计条件一般要求对Cr-Mo-V进行-30℃低温冲击，焊接工艺要求焊条电弧焊、埋弧焊均采用小电流，多层多道焊接，但在实际生产过程中为提高生产效率，通常采用较大的热输入量。在此探究大热输入量对Cr-Mo-V钢性能的影响。

1 焊接工艺试验

试验制备埋弧焊及焊条电弧焊试板各一对，试板规格均为300 mm×120 mm×62 mm，焊材选用低氢型日本神钢进口焊材，焊条CM-A106HD（φ5.0mm），埋弧焊焊材US-521H（φ4.0 mm）+PF-500，两种焊接方法对应的焊接坡口如图1所示。对于焊条电弧焊试板，由于该钢具有较大的淬硬性，所以第一层打底使用J507焊条，反面碳弧气刨后将J507焊肉刨掉。

埋弧焊及焊条电弧焊的焊接工艺参数如表1所示，焊前预热温度大于等于180℃，层间温度180℃～300℃，焊接完毕后对两对试板分别进行（300～350）℃×2 h后热以及焊后进行热处理，装炉温度小于等于400℃，升温速度小于等于60℃/h，降

温速度小于等于70℃/h，炉冷至400℃出炉空冷。

图1 焊接坡口

表1 焊接工艺参数

2 试验结果及分析

两对试板热处理后进行无损检测，按JB/T4730.3-2005进行100％UT检测，结果均为合格，然后分析各项性能。

2.1 试样宏观断面

焊条电弧焊、埋弧焊采用大热输入量获得的焊接接头宏观断面如图2、图3所示。

图2 SMAW宏观断面

图3 SAW宏观断面

由图2和图3可知，试样厚度均为62 mm，焊条电弧焊焊道数多于埋弧焊，埋弧焊在超过T/3后每一层焊肉较厚，由于焊接过程中焊接电流大，热影响区母材咬肉较严重。

2.2 常温拉伸及低温冲击

拉伸试验中焊条电弧焊拉伸试样断于母材，埋弧焊试样断于焊缝，对应的常温拉伸强度及屈服强度见表2，-30℃低温冲击韧性见表3。

表2 常温拉伸及屈服强度

表3 -30℃低温冲击韧性J

拉伸试验中，抗拉强度合格指标为585～760 MPa，屈服强度的合格指标为415～620 MPa。-30℃低温冲击试验中三个平均值大于等于54 J，允许单个值大于等于47 J。由表2和表3可知，埋弧焊采用大电流焊接，综合力学性能较差，尤其是常温屈服强度、T/4焊缝-30℃低温冲击韧性值均很低，须严格控制热输入量。分析冲击值5.8 J的试样可知，其断口为脆性断口，冲击韧性值很低。而焊条电弧焊采用较高电流焊接，除T/2热影响区有一个-30℃低温冲击韧性值低于47 J（允许单个值）外，其余值均大于100 J，综合力学性能较好，故在实际焊接生产中焊接规范可适当提高，但不能超过15％。焊接电流应控制在250 A以内，最小焊接速度v≥

150 mm/min。

2.2 硬度及金相分析

不同焊接方法对应焊缝及热影响区的硬度如表4所示，焊条电弧焊和埋弧焊焊缝金相图片如图4所示。

表4 硬度HV10

图4 焊缝金相图片

由表4可知，两种焊接方法得到的焊缝硬度值均在合格指标范围内，而埋弧焊采用大热输入量焊接时，热影响区硬度HV10均大于260（合格指标HV10≤245），由此可见埋弧焊采用大热输入的综合力学性能较差。

由图4可知，Cr-Mo-V钢经705℃×8h热处理后金相组织为贝氏体回火组织，通常焊缝金属的韧性主要取决于焊缝金属的化学成分及其组织，较大焊接热输入量条件下焊缝金属化学成分没有明显的差异，影响焊缝金属韧性的主要因素为焊缝金属的组织。在较高的输入热情况下，可得贝氏体组织，如果热输入很大，甚至可得到粗大铁素体+珠光体组织。当焊接材料、热处理温度确定以后，焊接接头的力学性能主要由焊接热输入决定，在较低热输入量焊接时，热影响区变窄，但是冷速太快容易得到马氏体组织。若热输入量较大，如埋弧焊电流为580～600 A时，可导致焊缝、热影响区晶粒粗大，从而降低缺口冲击韧性。

4 结论

Cr-Mo-V钢焊接接头力学性能除与焊接热输入相关外，还与热处理规范、层间温度有关。尤其是埋弧焊，当焊接热输入、层间温度过高时会导致低温冲击韧性急剧下降。针对Cr-Mo-V钢的实际焊接生产提出以下建议：

（1）焊条电弧焊规范：CM-A106HD（φ5.0 mm）焊条，焊接工艺规定电流I=190～220 A，U=22～26 V，实际焊接规范不能超过焊接工艺的15％，最小焊接速度v≥150 mm/min。

（2）埋弧焊规范：US-521H（φ4.0 mm）+PF-500，焊接工艺规定电流I=480～550 A，采用较大的焊接规范会降低力学性能，尤其是冲击韧性严重降低，焊接过程中应严格执行焊接工艺。

（3）Cr-Mo-V钢淬硬倾向大，为防止冷裂纹，必须严格做好预热和后热措施，预热温度大于等于180℃，后热（300～350）℃×2 h，在控制焊接规范的同时限制层间温度，一般层间温度不要超过预热温度的上限值。

[1]张建晓.电流种类对Cr-Mo-V钢埋弧焊焊缝冲击性能的影响[J].电焊机，2012，42（8）：53-56.

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]柳曾典.2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器开发与制造中的问题[J].压力容器，2011，28（5）：33-41.

Effect of high heat input on the properties of Cr-Mo-V steel

DU Jintao，PAN Xiujuan
（LanzhouLSHeavyEquipmentCo.，Ltd.，Lanzhou730050，China）

Cr-Mo-V steel with high resistance to high temperature creep properties and temper resistance,has been widely used in hydrogen pressure equipment.The demands of the welding joint is very high，especially low temperature toughness.The welding for Cr-Mo-V steel often use small heat input and multiple pass method，in this case，the efficiency is low and easy to cause slag and other weldingdefects.In this paper，the test is conducted bythe high heat input on SMAWand SAW，analyze the effect ofhigh heat input on the welding properties of Cr-Mo-V steel，explore the feasibility of large welding specification parameters，in order to improve efficiency in the actual production，better guide the production workshop.

Cr-Mo-V steel；heat input；mechanical properties

TG457.11

A

1001－2303（2016）07－0047-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.07.11

2015-08-12；

2016-04-15

杜金涛（1985—），男，在读硕士，主要从事压力容器制造、焊接工艺及焊接设备自动化的研究工作。