2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料再热裂纹敏感性评估
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。
