2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料再热裂纹敏感性评估

李秀杰 段莉蕾 谷文

摘要： 针对2.25Cr1Mo0.25V钢加氢反应器产品的焊接再热裂纹敏感性，按照API 934#A 附录B（2012）推荐的试验方法对2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊丝/焊剂开展再热裂纹试验，以便评估该焊接材料再热裂纹的敏感程度。

关键词： 再热裂纹；埋弧焊；敏感性

中图分类号： 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，欧洲25台2.25Cr1Mo0.25V钢厚壁加氢反应器遇到了焊缝金属再热裂纹问题[1]。各地方实验室做了大量的研究调查，通过Gleeble高温拉伸试验对焊接材料再热裂纹的敏感性进行了等级划分，作为焊接材料筛选试验[2-3]，避免今后的焊缝在后续的热处理过程中产生再热裂纹。

但是Gleeble拉伸试验设备作为实验室的非常规设备，在大多数实验室不具备可行性。于是优化了这种试验，利用常规拉伸试验机进行再热裂纹敏感性筛选试验，并于2012年将这种试验方法纳入到了API 934A附录B（2012）中[4-6]。

中国一重在2001年首次制造了第一台设计温度454 ℃，质量540 t的钒改进钢锻焊加氢反应器[7]。目前为止已经生产了多台2.25Cr1Mo0.25V钢加氢反应器，还未发现在低合金钢焊缝中存在再热裂纹问题。早在2011年，中国一重已经采用多种方法进行了加钒钢焊接材料的再热裂纹试验。从2013年开始，中国一重承揽的一些加氢反应器产品技术条件中增加了对2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料进行再热裂纹检测的要求[8-9]。为了满足技术条件要求，对2.25Cr1Mo0.25V钢配套的日本神钢公司生产的埋弧焊焊材按照API934-A附录B要求进行再热裂纹敏感性筛选试验，以验证焊缝的再热裂纹敏感性。

1 试验材料及方法

按照API—934附录B要求的试验程序如下。

1.1 试板焊接

1.1.1 母材

所采用的母材为2.25Cr1Mo0.25V锻件，其尺寸为30 mm×120 mm×550 mm。焊接过程中需添加垫板，垫板材料为Q345，尺寸为10 mm×50 mm×650 mm。

1.1.2 焊接材料

实际焊接参数见表1。

表2～表4焊接程序中列举了再热裂纹试验的焊接环节要求，包括了材料、焊接参数及后热的相关要求。

1.2 坡口形式及焊接顺序

试板的尺寸、接顺序及坡口形式如图1所示，试板尺寸为500 mm×200 mm×30 mm，垫板尺寸为600 mm×60 mm×10 mm。

1.3 取样位置

再热裂纹试验的试样取样位置位于试板表面下7 mm，同一厚度位置并排取样数量为2个，API 934A附录B（2012）规定的取样位置如图2所示，图3为焊接试板的低倍形貌及实际试样的取样位置。

1.4 试样尺寸及形式

试样的形式及尺寸如图4所示。

1.5 试验程序

再热裂纹试验的高温拉伸试验程序为：①在空气中试验；②在20～40min内加热到测试温度650 ±3 ℃，采用三个热电偶，热电偶与试样紧密接触，其中一个在标距中间，其他两个分别在横截面开始减小的末端，三个热电偶之间的温度差别不超过±3 ℃；③保温10±1 min；④以5×10-4mm/s的平均应变速率进行拉伸，或者以0.8 mm/min的衡量位移速率进行拉伸；⑤试样冷却后测量断后收缩率，屈服强度，抗拉强度和断后伸长率。

再热裂纹试验的高温加热过程中的温度随时间变化关系如图5所示[3]。

1.6 验收标准

两个试样的面缩率平均值大于等于32%，单个试样的断面收缩率大于等于29%，认为焊丝/焊剂组合的抗再热裂纹性能是合格的。

2 试验结果

筛选试验在型号为CMT 5105微机控制电子万能试验机上进行的，用于测试的试验机、尺寸测量设备、加热设备和试验氛围等均满足API934#A附录B中要

求。试验过程中按照2.5条中规定的试验程序要求执行。通过试验得到一些试验数据。

再热裂纹筛选试验结果见表5，应力-位移曲线如图6和图7所示。

3 结论

（1）试验采用埋弧焊的焊丝和焊剂结合，对制造过程中2.25Cr1Mo0.25V材料的再热裂纹敏感性进行评估。这种试验的优势在于适用所有可能产生制造再热裂纹的焊接金属。

（2）采用这样的试验可以验证2.25Cr1Mo0.25V材料的埋弧焊是否有产生再热裂纹的敏感性。

（3）根据API934A附录B（2012）再热裂纹敏感性试验方法，日本神户制钢所生产的埋弧焊焊丝焊剂在650 ℃保温10 min后拉伸直至断裂的断面收缩值在50%以上，满足标准要求的两个试样平均值≥32%（单个值≥29%）的技术要求。说明中国一重采用的日本神户制钢所生产的2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊接材料无再热裂纹问题。

（4）虽然文中只记录了两个批次焊接材料的筛选试验，后续又进行了更多批次的试验，进一步验证中国一重采用2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊接材料无再热裂纹的敏感性。

参考文献

[1] Les Antalffy， Cathleen Shargay， Dennis Smythe，et al. Reheat cracking in heavy wall 2-1/4Cr-1Mo-1/4V reactor welds and the development of ultrasonic techniques for their discovery[C]. Proceedings of 12th International Conference on Pressure Vessel Technology， Jeju， Korea， 2009

[2] 钱俊锋，陈学东，卜华全. 2.25Cr-1Mo-0.25V钢焊材用Gleeble再热裂纹试验参数研究[J]. 压力容器，2015（04）：11-15.

[3] Cedric Chauvy， Sylvain Pillot. Prevention of weld metal reheat cracking during Cr-Mo-V heavy reactors fabrication[C]. Proceeding of the ASME 2009 Pressure Vessels and Piping Division Conference， Prague， Czech Republic， 2009

[4] API Recommended Practice 934-A. Materials and fabrication of 2-1/4Cr-1Mo， 2-1/4Cr-1Mo-1/4V， 3Cr-1Mo and 3Cr-1Mo-1/4V Steel Heavy wall pressure vessels for high-temperature， high-pressure hydrogen service [S].American Petroleum Inaritute，Washington，USA， 2012.

[5] 柳曾典，陈进，卜华全，等.2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器开发与制造中的一些问题[J].压力容器，2011，28（5）：33-40.

[6] 张颖，尚尔晶，谷文.2.25Cr-1Mo和2.25Cr-1Mo-0.25V钢加氢反应器材料和制造经验[J]. 压力容器， 2014， 31（12）：73-78.

[7] Pillot S， Chauvy C， Corre S， et al. Effect of temper and hydrogen embrittlement on mechanical properties of 2.25Cr–1Mo steel grades–Application to Minimum Pressurizing Temperature （MPT） issues. Part II： Vintage reactors & MPT determination [J]. International Journal of Pressure Vessels and Piping， 2013（110）： 24-31.

[8] Han Y C， Chen X D， Fan Z C， et al. Influence of second thermal cycle on reheat cracking susceptibility of welding CGHAZ in Vanadium-modified 2.25 Cr1Mo steel[J]. Procedia Engineering， 2015（130）： 487-496.

[9] 何鹏，刘应虎，叶小松，等. 2.25Cr-1Mo-0.25V与Q345R异种钢焊接技术应用[J].大型铸锻件，2009（6）：18-20.