Q345R（R-HIC）抗氢钢的焊接工艺研究

赵卫君，徐祥久

1.哈尔滨锅炉厂有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150046

2.高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室 黑龙江哈尔滨 150046

1 序言

某煤焦油加氢项目高压分离器设备，工作介质含有H2S和水，属于湿硫化氢腐蚀环境，主体材料选用Q345R（R-HIC）抗氢钢。Q345R（R-HIC）抗氢钢是在Q345R钢基础上开发的具有抗氢诱导开裂（HIC）和抗硫化物应力开裂能力（SSC）的钢[1]。此钢在满足Q345R钢力学性能要求的基础上，需按GB/T 8650—2015进行HIC试验，即在含饱和H2S的氯化钠醋酸溶液中暴露规定的时间后，CLR（开裂长度比）≤5%，CTR（开裂厚度比）≤1.5%，CSR（开裂敏感性比）≤0.5%；按GB/T 4157—2017中A法进行SSC试验，门槛应力≥247MPa。

Q345R（R-HIC）抗氢钢焊接接头的力学性能、HIC及SSC试验均需满足母材要求。通过制定Q345R（R-HIC）抗氢钢焊接工艺进行焊接试验，对焊接接头进行性能试验，验证焊接工艺的合理性，从而指导产品的生产。

2 试验材料及方法

（1）试验材料 选用Q345R（R-HIC）钢板，规格为800mm×200mm×92mm。其化学成分、力学性能及腐蚀试验结果分别见表1、表2。

（2）试验方法 试验采取板对接形式，其焊接坡口如图1所示，焊接方法为焊条电弧焊（SMAW）+埋弧焊（SAW）的组合工艺，V形坡口侧采用焊条电弧焊焊接，U形坡口侧采用埋弧焊焊接。

图1 焊接坡口

表1 Q345R（R-HIC）的化学成分（质量分数） （%）

表2 Q345R（R-HIC）力学性能及腐蚀试验

3 焊接工艺

（1）焊接性分析 Q345R（R-HIC）抗氢钢通过在化学成分上限制Mn含量，严格控制S、P含量来满足抗氢要求。根据国际焊接学会推荐的碳当量公式，通过表1化学成分计算Q345R（R-HIC）抗氢钢的碳当量为0.41%。由此可知，该钢的淬硬倾向不大，焊接性良好，但由于钢板厚度较大，因此需采取焊前预热及焊后热处理措施。

（2）焊接材料 目前，抗氢钢的焊接材料尚没有国家标准，焊接材料厂家一般按钢材的要求研制对应的焊材，以满足钢材的化学成分和力学性能要求[2]。本试验选用的焊接材料与焊接参数见表3。

表3 焊接材料与焊接参数

（3）焊接工艺 按表3焊接参数进行焊接试验。焊前预热150℃以上，层间温度控制在150～300℃，焊后立即进行（200～250）℃×2h热处理。按NB/T 47013—2015对试板进行100%MT+100%UT检测合格，再进行（615±15）℃×10h的去应力退火。

4 试验结果与分析

按标准要求制取力学性能试样及HIC、SSC试样，进行力学性能及抗腐蚀性能试验。

（1）室温拉伸试验 对焊接接头进行室温拉伸试验，试样尺寸满足GB/T 2651—2008的要求。结果如图2所示，抗拉强度大于母材下限490MPa，屈服强度大于母材下限305MPa，但焊条电弧焊的抗拉强度及屈服强度比埋弧焊稍低。

图2 焊接接头抗拉强度及屈服强度

（2）弯曲试验 按照NB/T 47014—2011制取侧弯试样，弯曲条件为：d=4a、180°，弯曲性能全部合格，表明焊接接头具有良好的塑韧性。

（3）夏比冲击试验 按照NB/T 47014—2011制取焊接接头冲击试样，进行－30℃冲击试验，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，冲击试验结果如图3所示，焊缝的冲击吸收能量比母材低，但均满足＞34J的要求。

图3 焊接接头冲击吸收能量

（4）硬度试验 对焊接接头进行HV10硬度检测，焊缝、热影响区及母材硬度如图4所示，埋弧焊焊缝及热影响区硬度值接近母材要求上限210HV10。

图4 焊接接头硬度值

（5）HIC试验 按GB/T 8650—2015标准制取尺寸为20mm×20mm×100mm的试样，在饱和H2S的氯化钠醋酸溶液中暴露96h，HIC试验表面形貌如图5所示。根据图5试样表面形貌，通过标准方法进行收集计算，结果为CLR≤5%，CTR≤1.5%，CSR≤0.5%，结果合格。

图5 HIC试验试样表面形貌

（6）SSC试验 按照GB/T 4157—2017中的A法进行SSC试验，试样在饱和H2S中浸蚀720h，加载应力247MPa，试样表面形貌如图6所示，用10倍放大镜观察试样断面，均没有裂纹。

图6 SSC试验试样表面形貌

5 结束语

1）对于Q345R（R-HIC）抗氢钢，选择合适焊接材料、焊接参数等，获得了力学性能、HIC和SSC试验均合格的焊接接头，证明此焊接工艺合理。

2）此焊条电弧焊+埋弧焊的组合焊接工艺已成功用于产品生产，焊接质量满足要求。