12%Cr(F11•F12)钢焊接技术（一）

HEATS

　　0 前言

; `' D4 N& H; ? 5 U6 M, g3 Q1 U5 `/ v/ Y, @

　　12%Cr钢是德国曼内斯曼钢管公司于70年代开发用于500～600℃下的蒸汽管道、蒸汽联箱、锅炉过热器、再热器等构件的马氏体耐热钢，其牌号为X20CrMoVl21(F12)、XCrMoWVl21(F11)。80～90年代在国际上得到了较广泛的应用。但该类钢由于合金元素含量较高，在空冷条件下即能淬硬，冷裂倾向较大，焊接性较差，同时还存在焊缝金属韧性降低及HAZ出现软化现象。因而近年来已逐步被新型钢T／P91所替代。为了防止12%Cr钢焊接中出现的各种问题，保证焊接接头使用性能，详细分析其焊接性及影响焊接接头性能的诸因素，制定合理的焊接及焊后热处理工艺具有十分重要的意义。

　　1 12%Cr钢的化学成分与常温力学性能

3 D6 ?5 x) [; i4 z B; U4 l7 T* s7 ]/ F, C7 f9 R

　　2 F12钢焊接性分析一焊接时的主要问题

2 F3 l4 K2 [: Q

　　2.1 F12钢的冷裂纹倾向

6 Y6 {$ m' z' h( B2 [$ j% I7 h) s " M/ W+ p4 f) v1 R. `0 o

　　2.1.1 F12中合金元素含量多且高，铬为12%左右，加以Mo、V、W等强铁素体形成元素，及含C量偏高，使F12钢淬硬倾向增大，且能空淬，组织为马氏体。

" n% p! E9 Q! d$ [0 v% P5 n! K; s

　　2.1.2 室温强度高，焊口拘束度大(大径厚壁)，且导热性差，导致焊口残余应力较大。

' J1 S) s# L5 N9 O

　　2.1.3 扩散氢作用，使冷裂倾向大。

　　2.2 F12晶粒粗化倾向较大(δ铁素体)

* F" V* O/ K" h! c: `

　　F12钢的组织处于马氏体—铁素体交界处。当焊接线能量较大、冷却速度较小，焊接区高温停留时间过长，焊接高温区易析出自由铁素体，且在奥氏体晶界析出碳化物。焊接线能量越大，高温停留的时间越长，铁素体(δ)及碳化物越粗大，网状组织越严重，使焊缝的塑性、韧性急剧降低。

' Y; B* }9 w9 }+ ^! p! w3 h + l# v$ v& T2 [: H) W

　　　冷却速度较大时，则产生粗大的马氏体组织，也会造成焊接接头塑性、韧性的降低。

　　2.3 焊接热影响区有明显的软化带

　　F12钢焊接热影响区，远离熔合线处存在一个软化层(带)，这是因为该钢在调质状态下施焊，在焊接过程中，若焊接热规范使热影响区某区域温度超过原调质的回火温度(760～780℃)，则会造成该区域的硬度降低，在管子上就形成一个软化带。此区域在高温停留的时间越长，软化带越宽。软化带是接头的一个薄弱环节，在高温下长期运行时，焊接接头的破坏往往会发生在软化带。

　　2.4 易溶充氩薄膜在预热温度下的自行破裂问题

) n! H! o0 K2 L; |3 l# V+ ? : `; g7 }9 `; c9 n0 i

　　3 影响F12钢焊接质量的主要因素

& \4 m: U, t9 B : x3 ^; O% ?( c" ]/ I8 A& `

　　3.1 焊接方法

　　F12具有较高的淬硬倾向，对焊接冷裂纹敏感性大。在选择焊接方法时，应优先选用热量集中，热影响区小，含H量低的焊接方法。如TIG和MIG等。在厚壁件焊接中，可选用SMAW和MAW。在电厂安装中常选用氩弧焊打底，电焊盖面(TIG／SMAW)的焊接方法。

" a, F5 V( s! ~+ N

　　3.2 焊接材料

! h2 s! \2 k" V- A

　　3.2.1 一是选用高铬镍奥氏体焊材。

% C8 ~$ a3 A4 q

　　优点：可防止焊缝及热影响区冷裂纹；工艺简单，焊前无需高温预热，焊后可不作热处理。

　　缺点：该异种钢接头在高温下长期运行时，由于铬镍奥氏体不锈钢焊缝金属的热胀系数与F12有较大差别，接头始终受到较高热应力作用，最终导致接头提前失效。

　　3.2.2 采用与母材成份基本相同的同质焊材

　　3.2.2.1 F12钢焊材的设计原则

　　(1)在保证接头与母材具有相同的高温蠕变强度和抗氧化性的前提下，改善其焊接性，即提高抗裂性。

$ t. D6 _1 s, s+ ~- x' X & K( f9 @ v- p7 f% P _

　　(2)确保焊缝组织为均一的马氏体，以获得较高的冲击韧性。

. f# `5 d+ k; p$ f! C" P

　　3.2.2.2 焊材要确保与母材相当的Cr、Mo、V元素。

! Z4 B) M0 Z! T2 x & P7 A8 ]7 G6 b5 h: r

　　Cr、Mo—能确保焊缝金属及接头的抗氧化性及高温强度，但Cr能与C、Fe形成复杂的碳化铬(Fe.Cr)3C，提高钢的空淬倾向，于焊接性不利；

9 e. F M7 f% o9 G

　　V—有利于解决Cr、Mo上述的矛盾，降低过冷能力，(促使其在较高温度下分解成珠光体组织)，提高焊缝金属的韧性和抗冷裂性。

4 c h8 b5 J; y0 ^! X ]5 y* |$ ~ 3 P( {( |! J2 _

　　3.2.2.3 C—一定的含碳量是F12钢获得全马氏体均一组织所必需的。

) j0 f$ v) T+ a$ G 4 Z+ w1 [3 o- m- g; k

　　因为Crl2基马氏体热强钢的主要成分多为铁素体化元素(如Cr、Mo、V)，为防止和抑制铁素体一碳化物组织块状及网状的大量析出必须用奥氏体化元素(C、Ni等)加以平衡，而最有效的手段就是通过调节焊缝中的含C量来实现。以利于形成全马氏体组织，从而保证焊缝金属的韧性。

/ ^. g$ b. k, n2 D1 ^/ D

　　但含C量不能太高，否则马氏体转变点Ms急剧降低，冷裂纹敏感性增大，同时也易于出现较多的残余奥氏体，通常应将焊缝的含C量控制在0.17～0.20%之间。

; ~+ j/ v: s- o: ^) q. D9 l- P, s/ I

　　3.2.2.4 F12钢焊条牌号

　　F12低氢型焊条、中国与欧洲国家常用焊条牌号。

/ l. l1 x8 @9 y. u8 u7 J$ N