铬钼钢材料文稿课件.ppt
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1、 1、定义 用合金元素铬和钼提高高温蠕变强度的合金钢,称为铬钼耐热钢。 (高温蠕变是指在温度T0.3-0.5t(熔点)及远低于屈服强度的应力下,材料随加载时间的延长缓慢地产生塑性变形的现象) 2、铬钼钢的基本性能及焊接特点 铬钼钢具有优异的抗氢腐蚀性能和耐高温氧化能力,从而在高温高压临氢环境中得到了广泛应用。但12Cr2Mo1等铬钼钢长期 1、用合金元素铬和钼提高高温蠕变强度的合金钢,称为铬钼耐热钢。 2、氢致裂纹通常称为延迟裂纹。 在370595的温度范围内操作会产生冲击韧性下降,韧脆转变温度升高的现象,即所谓回火脆化。另外铬钼钢强度高、淬硬倾向大,易产生氢致裂纹(即通常称为延迟裂纹)的钢种
2、。 2.1为改善铬钼钢的焊接性能,通常把碳含量控制在0.2%以下,这类钢以正火+回火交货。由于合金含量控制在2.5%以下的低合金耐热钢具有珠光体+铁素体组织,故经常称为珠光体耐热钢 1、低合金耐热钢碳含量控制在0.25%以下,这类钢以正火+回火交货。X 1、铬钼钢回火脆化的温度范围为( C ) A 350450 B 500600 C 370595 D 300500 2、铬钼钢的供货状态为( D ) A正火 B 回火 C 固溶 D 正火+回火 3、珠光体耐热钢合金含量( A ) A 2.5%以下 B 2.0%以下 C 3.5%以下 D 3.0%以下 1、珠光体耐热钢的组织为( B) A 贝氏体+
3、铁素体 B珠光体+铁素体 C 马氏体+铁素体 D 奥氏体+铁素体 如(15CrMoR)。合金含量在3% 5%的低合金钢耐热钢供货状态为贝氏体+铁素体组织,如12CrMo1R。锅炉、压力容器使用的低合金耐热钢主要以加入铬和钼元素或辅以加入少量钒、钛等元素来提高钢的蠕变强度和组织稳定性。所以也经常将它叫做Cr-Mo耐热钢或Cr-Mo-V系耐热钢。也正由于这类钢在耐高温的同时还具有良好的抗氢腐蚀性能,为此,对于以Cr-Mo或Cr-Mo-V系耐热钢的低合金钢也经常称为抗氢钢。 1、以Cr-Mo或Cr-Mo-V系耐热钢的低合金钢也经常称为抗氢钢。 2.2耐热性 金属材料抵抗高温氧化的能力,称为耐热性或抗
4、氧化性。它要求钢材在中、高温条件下金相组织稳定,否则可能产生石墨化现象。如碳素钢在425以上C-0.5Mo钢在475 以上长时间使用时,钢中的渗碳体会自行解析出碳原子,这些碳原子以细微的点状形式出现在金属内部,以后逐渐聚集长大成较粗的颗粒,产生石墨化,金属材料脆性急剧增大。 1、什么是铬钼钢耐热性? 答;金属材料抵抗高温氧化的能力,称为耐热性或抗氧化性。 此外,铬钼钢有较高的高温持久强度和蠕变极限。而含有热稳定性能好和强碳化物形成元素Cr、Mo、V的铬钼钢,可提高渗碳体的分解温度,阻止石墨化的发生,从而提高钢材的高温持久强度极限和蠕变极限。 铬钼钢中主要元素对耐热性的影响 铬。提高钢材的高温强
5、度,例如在碳钼钢中加入1.5%的Cr,便可明显地提高其蠕变极限和高温持久强度极限。铬主要存在于渗碳体中,溶于渗碳体中的铬,阻止了碳化物的分解,提高了碳化物的热稳定性,进而提高钢材的耐热性。 1、铬钼钢中Cr元素主要存在于( A ) A 渗碳体 B 珠光体 C 贝氏体 D 奥氏体 钼。钼对铁素体有固溶强化的作用,同时也能提高碳化物的稳定性,因此对提高钢的高温强度有利。钼是提高钢材热强性的有效合金元素。由于钼对提高钢材高温强度的明显作用,珠光体热强钢中差不多都含有一定量的钼。 钒。钒与碳、氮和氧都有极强的结合力。在钢中形成极稳定的碳化物和氮化物,在较高温度时仍保持细晶粒组织,提高钢材的热稳定性和强
6、度。但当钒含量过高时,其作用减弱,甚至起反作用。 1、铬钼钢中钼元素的作用? 钼对铁素体有固溶强化的作用,同时也能提高碳化物的稳定性,因此对提高钢的高温强度有利。钼是提高钢材热强性的有效合金元素。由于钼对提高钢材高温强度的明显作用,珠光体热强钢中差不多都含有一定量的钼。 2.3抗氢腐蚀 金属材料因吸收氢而导致塑性降低、性能恶化的现象称为氢损伤,也可称为氢脆。酸洗、电解或腐蚀反应产生的氢,金属凝固后内部残余的氢,以及介质环境中的氢都可能被材料吸收而扩散至内部引起氢脆。氢损伤可以导致多种形式的材料的失效,如氢鼓泡、氢致脆性开裂、高温氢腐蚀等。对于石化行业中的临氢容器,选用铬钼钢主要是为了防止高温氢
7、腐蚀。 1、金属材料因吸收氢而导致塑性降低、性能恶化的现象称为氢损伤,也可称为氢脆。 2、对于石化行业中的临氢容器,选用铬钼钢主要是为了防止高温氢腐蚀。 1、石化行业中的临氢容器,选用铬钼钢主要是为了( B ) A 防止晶间腐蚀 B防止高温氢腐蚀 C防止冷裂纹 D防止热裂纹 2、损伤可以导致多种形式的材料的失效,有哪些(ABC) A氢鼓泡 B氢致脆性开裂 C高温氢腐蚀 D气孔 2.4 回火脆性 Cr-Mo钢回火脆化发生在370-595温度范围内,接近这个温度范围上限时,脆化速度高,接近这个温度范围下限时,脆化发展缓慢。产生回火脆化的主要原因,是由于在回火温度范围内长期加热后,P、Sn等杂质元素
8、在奥氏体晶界偏析而引起晶界脆化现象,因此严格控制有害杂质的含量和降低Si、Mn含量是最有效的措施。 对铬钼钢制压力容器,如加氢精制和加氢裂化反应器,开工时采取先升温后升压,停工时先降压后降温的方法来防止脆性破坏的发生。 大量试验表明,在压力容器常用的Cr-Mo钢种中,含量为2%-3%的Cr回火脆化倾向最严重。为降低Cr-Mo钢焊缝金属的回火脆性倾向,最有效的措施是控制其焊接热输入量,降低焊缝金属中氧、硅和磷含量。 1、在压力容器常用的Cr-Mo钢种中,含量为(C )的Cr回火脆化倾向最严重。 A 1.5-2.5% B2.5-3.5% C 2%-3% D 3.5-4.5% 2.5 淬硬性 耐热钢
9、中主要含有铬、钼等元素,这些都显著提高钢淬硬性的元素,特别是钼的作用比铬约大50倍。它们延迟了钢在冷却过程中的转变,提高了过冷奥氏体的稳定性,从而在较高的冷却速度下可能形成全马氏体组织,比如12CrMo1R钢焊接时,如果焊接热输入较小,钢板厚度较大且不预热焊接时就有可能发生100%的马氏体转变,正由于淬硬组织的出现,加之其他因素的综合作用,因此这类钢冷裂纹倾向较大。 1、耐热钢中能提高淬硬性的元素有( D) A 碳和锰 B 硫和磷 C 锰和铬 D 铬和钼 2.6 再热裂纹倾向 低合金耐热钢焊接接头的再热裂纹(也称消除应力裂纹)主要起因于钢中的碳化物形成元素的特征和含量,以及焊后热处理规范。通常
10、以再热裂纹敏感指数(PSR)来粗略评价钢的再热裂纹敏感性。 PSR=Cr%+Cu%+2Mo%+10V%+7Nb%+5Ti%-2 当PSR0时,就有可能产生再热裂纹。 控制措施 (1)降低焊接热输入 (2)适当提高预热温度 (3)正确选用焊接材料 (4)避免采用高拘束度焊接接头 (5)正确选择消除应力热处理规范 具有再热裂纹倾向的钢材并不是在消除应力热处理整个温度范围内部可能形成再热裂纹,而是在某一较窄温度范围内对再热裂纹十分敏感,即所谓的敏感温度区。因此 1、铬钼钢控制再热裂纹的措施有哪些(ABCD) A 降低焊接热输入 B 适当提高预热温度 C 正确选用焊接材料 D 避免采用高拘束度焊接接头
11、 在拟定焊后消除应力热处理时,应尽量避免这一敏感温度区。以12Cr2Mo1R为例,试验测定其敏感温度区为580-630,要避免这个温度。 3 焊接材料 焊缝金属和母材等强匹配原则仍是低合金耐热钢焊材选用的基本原则,只不过此时不但要考虑焊缝金属与母材的常温强度等强,同时也要使其高温强度不低于母材标准值下限的要求。 1、焊缝金属和母材匹配原则是( B) A 高强匹配 B等强匹配 C低强匹配 D 任意匹配 为使其焊缝金属具有与母材同样的使用性能,因此要求其焊缝金属的铬、钼含量不得低于母材标准值的下限。 为保证焊缝金属有同样小的回火脆性,故应严格限制焊材中的氧、硅、磷、锑等微量元素的含量。 为提高焊缝
12、金属的抗裂性,应控制焊材的含碳量低于母材含碳量,但应注意含碳量过低时,经长时间的焊后热处理会促进 铁素体的形成,从而导致韧性下降,因此,对于低合金耐热钢的焊缝金属含碳量最好控制在0.08%-0.12%范围内。下表是母材与相应焊材成分的比较。 1、对于低合金耐热钢的焊缝金属含碳量最好控制在( A )范围内 A 0.08%-0.12% B 0.05-0.08% C 0.15-0.18% D0.08-0.2%母材/焊材CSiMnCrMoNiVPSNb15CrMoR0.12-0.180.15-0.40.4-0.70.8-1.20.45-0.60.0250.01R3070.05-0.120.60.90.
13、8-1.50.4-0.650.0250.01514Cr1MoR0.05-0.170.5-0.80.4-0.651.15-1.50.45-0.650.020.01R307G0.120.50.91-1.50.4-0.650.010.01 当设计温度低于425时,且因现场施工条件限制难于进行焊后热处理时,经设计单位同意,可选用高铬镍(25%Cr-13%Ni及以上)奥氏体焊接材料进行焊接,焊后不做热处理。 铬钼耐热钢与碳素钢或不同钢号的铬钼耐热钢之间组成的异种钢焊接接头,可按合金含量较低一侧的钢材选用焊接材料。 铬钼耐热钢与奥氏体组成的异种钢焊接接头,当设计温度低于425 时,宜选用25%Cr-13%
14、Ni及以上的奥氏体焊接材料,当设计温度高于425 ,应选用镍基焊接材料。 1、铬钼耐热钢与奥氏体组成的异种钢焊接接头,当设计温度低于525 时,宜选用25%Cr-13%Ni及以上的奥氏体焊接材料。X 4 焊接工艺要点 (1)坡口准备 坡口形式及尺寸的选用应根据易于保证焊接质量、填充金属少、融合比小、便于操作等原则。坡口宜采用机械方法。当采用火焰切割时,应清除熔渣、氧化皮,并打磨去除影响焊接质量的淬硬层,且不得有裂纹、分层和夹渣等缺陷。经火焰切割的坡口表面,进行磁粉或渗透检测。(2)定位焊 定位焊的焊接材料、焊接工艺、焊工和预热温度等应与正式施焊要求相同。定位焊缝的长度、厚度和间距,应能保证焊缝
15、在正式施焊过程中不致开裂。定位焊后立即检查,如有缺陷应立即清除,重新定位焊。在定位焊时需与母材焊接的组对工卡具,其材质宜与母材相同或同一类别号。拆除工卡具时不应损伤母材,拆除后应将残留焊疤打磨修至与母材表面齐平,并做表面探伤。 (3)预热 与其它合金钢一样,低合金耐热钢焊接时必须进行预热,预热的目的是为了防止冷裂纹的产生,对含铬、钼钒等元素的耐热钢而言,预热还可以有效地避免和减少再热裂纹的产生。预热宜采用电加热法,并应在坡口两侧均匀进行,防止局部过热。预热范围以对口中心线为基准,两侧各不小于三倍壁厚,且不小于100mm。 题1、低合金耐热钢焊接时必须进行预热,预热的目的是为了防止冷裂纹的产生,
16、对含铬、钼钒等元素的耐热钢而言,预热还可以有效地避免和减少再热裂纹的产生。 1、铬钼钢预热范围以对口中心线为基准,两侧各不小于三倍壁厚,且不小于( B )mm。 A 80 B 100 C 120 D 150 不同铬钼钢焊接时,预热按淬硬倾向大的一侧预热温度进行。铬钼钢与奥氏体钢焊接,奥氏体钢一侧不预热。预热温度一般为150-250(不同的技术条件或标准会稍有改变,但最小值120 ) ,另外,规定预热温度不应高于马氏体转变结束点Mf点温度。 (4)焊接 焊件达到预热温度后应及时进行焊接。在保持预热温度的条件下,每条焊缝应一次连续焊完。 1、铬钼钢一般预热温度为(D ) A 120-200 B 1
17、20-250 C 200-300 D 150-250 对接接头的底层焊道单面焊接时应采用钨极氩弧焊。 多层焊接时,层间温度应等于或稍高于预热温度,且每层的接头处应错开。 焊缝因故中断焊接时应进行后热,再次焊接前应进行检查,确认无裂纹后按原工艺继续施焊。 Cr-Mo低合金钢制造的容器焊缝表面不得有咬边。 为了防止合金元素的烧损,应适当选用小电流,短弧操作。焊缝的余高是造成焊接接头应力集中的原因之一,因此加以限制。此外,要控制焊接线能量范围,适当减薄每层焊缝的厚度。线能量的大小是左右抗裂性和力学性能的重要因素,施焊时应予以注意,既不能过大,也不能过小。线能量过大,焊缝金属韧性降低,但过于小的线能量
18、也会使韧性降低,这是因为前一道焊缝受到后一道焊缝的热循环作用,促使晶粒细化,韧性提高,当线能量过小时,则受热区域变窄,不足以使晶粒细化。 (5)消氢处理 焊接过程中,来自焊条、焊剂和空气湿度中的氢气,在高温下被分解成原子状态溶于液态金属中,焊缝冷却时,氢在钢中的溶解度急剧下降,由于焊缝冷却速度较快,导致氢来不及逸出,留在焊缝中,过一段时间后,由于氢在焊缝或熔合线集聚,在焊接应力的作用下, 最终产生冷裂纹。通常在焊后对焊缝加热到一定温度,以降低焊缝冷却速度使氢充分逸出,称之为焊后消氢处理。消氢处理的温度为350 20 (不同的技术条件或标准会稍有改变)保温时间2小时。 (6)焊后热处理 耐热钢焊
19、后热处理的规范对于其强度,特别是韧性有明显的影响,通常用回火参数值来评价其影响程度。 1、铬钼钢消氢处理最短保温时间为( A )小时。 A 2 B 1 C 3 D4 热处理温度为675 14 。焊后热处理的目的不仅消除焊接残余应力,而且更重要的是改善组织,提高接头的综合力学性能,包括提高接头的高温蠕变强度和组织的稳定性,降低焊缝及热影响区硬度等。 (7)焊缝返修应在热处理前进行,已完成热处理的焊接接头发生焊缝返修时,返修后应重新进行热处理。返修时应采用经评定合格的焊接工艺,且预热温度取上限, 1、铬钼钢焊后热处理温度为( C) A 620 20 B 690 10 C 675 14 D 680
20、10 预热范围应适当放大。返修部位应按原检测方法进行检测和评定。 5、铬钼钢制造工艺流程如下图 1、铬钼钢制造工艺流程? 6、马氏体耐热钢淬硬倾向大,焊缝及热影响区极易产生硬度很高的马氏体和奥氏体组织,使接头脆性增加,残余应力增大,容易产生冷裂纹,含碳量越高,淬硬和裂纹倾向也越大。以1Cr5Mo为例,它是一种抗氢能力较强的钢种,主要用于制作石油加氢裂化装置中的热交换器壳体和厚壁管。其供货状态的组织为全马氏体,具有相当高的淬硬倾向。为防止冷裂和高硬度区的形成,必须将焊件预热到300-400,层间 题1 1Cr5Mo,它是一种抗氢能力较强的钢种,主要用于制作石油加氢裂化装置中的热交换器壳体和厚壁管
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