化工设备常用低合金耐热钢焊接工艺研究

东北石油大学本科生毕业设计(论文)摘要本文介绍了低合金耐热钢在化工设备中的应用，并对低合金耐热钢的焊接特点和焊接性进行分析，论述了低合金耐热钢的焊接工艺以及焊接接头力学性能的控制。在查阅文献和结合现场焊接工艺的基础上，分析了低合金耐热钢2.25Cr-1Mo的焊接特点与焊接性，通过对其碳当量、冷裂纹敏感指数的计算，确定了预热温度，并确定了焊接方法、焊接热参数以及焊后热处理工艺，制定了2.25Cr-1Mo钢制加氢反应器的焊接规范，完成2.25Cr-1Mo钢的焊接性试验。对2.25Cr-1Mo钢的焊接接头进行金相组织观察与分析，并进行力学性能试验与分析，完成了2.25Cr-1Mo钢的焊接性研究。关键词：低合金耐热钢；焊接性；2.25Cr-1Mo钢；焊接工艺东北石油大学本科生毕业设计(论文)AbstractThispaperintroducestheheat-resistantlow-alloysteelapplicationsinchemicalequipment,analyzestheweldingfeaturesandweldabilityoftheheat-resistantlow-alloysteel,anddiscussestheweldingprocessoftheheat-resistantlow-alloysteelandthecontrolofmechanicalpropertiesofweldjoints.Basedontheliteratureandcombinedwithon-siteweldingprocess,theweldingfeaturesandweldabilityoftheheat-resistantlow-alloysteel2.25Cr-1Mowasanalyzed.Throughcalculatingitscarbonequivalentandcoldcrackingsensitivityindex,thepreheatingtemperature,weldingmethod,weldingthermalparametersandheattreatmentafterweldingweredetermined,andtheweldingstandardofthehydrogenationreactormadeby2.25Cr-1Mosteelwasdeterminedandtheweldingtestofthe2.25Cr-1Mosteelwascompleted.Byobservingandanalyzingthemicrostructureofweldjoint,andtestingandanalyzingmechanicalproperties,theweldingstudyof2.25Cr-1Mosteelwascompleted.Keywords:heat-resistantlow-alloysteel;weldability;2.25Cr-1Mosteel;weldingprocess东北石油大学本科生毕业设计(论文)I目录第1章低合金耐热钢在化工设备中的应用................................................................11.1低合金耐热钢的化学成分及性能特点............................................................11.2化工设备对耐热钢焊接接头的性能要求........................................................4第2章低合金耐热钢的焊接性分析..........................................................................62.1低合金耐热钢的焊接特点................................................................................62.2低合金耐热钢的焊接工艺................................................................................92.3低合金耐热钢焊接接头性能控制..................................................................162.4不同低合金耐热钢接头的焊接......................................................................21第3章2.25Cr-1Mo钢焊接性分析.............................................................................243.12.25Cr-1Mo钢的化学成分及力学性能...........................................................243.22.25Cr-1Mo钢的焊接特点...............................................................................253.32.25Cr-1Mo钢焊接的技术要求.......................................................................25第4章2.25Cr-1Mo焊接性试验及焊接工艺评定.....................................................284.1焊接性试验材料准备......................................................................................284.22.25Cr-1Mo钢焊接工艺试验...........................................................................294.32.25Cr-1Mo钢焊接接头的金相组织试验及分析...........................................334.42.25Cr-1Mo钢焊接接头力学性能试验及分析...............................................37结论..............................................................................................................................42参考文献........................................................................................................................43致谢..............................................................................................................................44东北石油大学本科生毕业设计(论文)1第1章低合金耐热钢在化工设备中的应用化工，特别是石油化工都是以高温高压的化学反应为主，而碳素结构钢的强度性能随着工作温度的提高而急剧下降，其极限工作温度为350℃。因而，在更高的温度下必须采用含有一定量合金元素的合金钢，这些合金钢统称为耐热钢，他们具有比普通碳素钢高得多的高温短时强度和持久强度。这些耐热钢必须具备高温化学稳定性、优良的高温机械性能（抗蠕变性能）、高温运行中组织的稳定性、良好的冷热加工及焊接性、经济性，此外还必须具有优良的缺口韧性及抗热处理脆化的性能。以Cr-Mo为基的低、中合金耐热钢是动力工业、石油化工部门应用于高温条件下的重要结构材料。它具有良好的热稳定性和抗蚀性能；合金元素含量少，价格便宜，又具有良好的加工（包括焊接）性能和物理性能，应用广泛。1.1低合金耐热钢的化学成分及性能特点耐热钢按其合金成分的质量分数可分为低合金、中合金和高合金耐热钢。合金元素总质量分数在5%以下的合金钢通称为低合金耐热钢，其合金系列有:C-Mo、C-Cr-Mo、C-Cr-Mo-V-Nb、C-Mo-V、C-Cr-Mo-V、C-Mn-Mo-V、C-Mn-Ni-Mo和C-Cr-Mo-W-V-Ti-B等。这些低合金耐热钢通常以退火状态，或正火+回火状态供货，其组织除珠光体、铁素体外，还有贝氏体。这类钢在500℃～600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作600℃以下的耐热部件，如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。典型钢种有15Mo、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoWVTiB、10Cr2Mo1、25Cr2Mo1V、20Cr3MoWV等。1.1.1低合金耐热钢的化学成分目前，在动力工程、石油化工工程和其他工业部门应用的低合金耐热钢已有20余种。其中最常用的是Cr-Mo型、Mn-Mo型耐热钢和Cr-Mo基多元合金耐热钢，如俄罗斯钢种12Х2МФСР和我国自行研制的12Cr2MoWVTiB等。低合金耐热钢以Cr、Mo为基本元素，最多的是Cr-Mo钢和Cr-Mo-V钢。为改善其焊接性，碳的质量分数均控制在0.20%以下，某些合金成分较高的低合金耐热钢，标准规定的碳质量分数不高于0.150%。合金元素含量一般都不超过5%。表1-1列出已纳入国标的10余种国产低合金耐热钢的化学成分。东北石油大学本科生毕业设计(论文)2表1-1常用低合金耐热钢标准化学成分(GB5310—1995、GB6654—1996)钢号标准化学成分(质量分数，%)CSiMnPSMoCrNiV其他15Mo0.12~0.200.17~0.370.40~0.80≤0.030≤0.0300.25~0.35————20Mo0.15~0.250.17~0.370.40~0.80≤0.030≤0.0300.44~0.65————12CrMo0.08~0.150.17~0.370.40~0.70≤0.030≤0.0300.40~0.550.4~0.7———15CrMo0.12~0.180.17~0.370.40~0.70≤0.030≤0.0300.40~0.550.8~1.10———12Cr1MoV0.08~0.150.17~0.370.40~0.70≤0.030≤0.0300.25~0.350.9~1.20—0.15~0.30—12Cr2Mo0.08~0.15≤0.50.40~0.70≤0.030≤0.0300.90~1.202.00~2.50———12Cr2MoWVTiB0.08~0.150.45~0.750.45~0.65≤0.030≤0.0300.45~0.651.60~2.10—0.28~0.42W:0.30~0.55Ti:0.08~0.18B:0.002~0.00812Cr3MoWSiTiB0.09~0.150.60~0.900.50~0.80≤0.030≤0.0301.00~1.202.5~3.00—0.25~0.35Ti:0.22~0.38B:0.005~0.01118MnMoNb≤0.220.15~0.501.20~1.60≤0.035≤0.0300.45~0.65———Nb:0.025~0.05013MnNiMoNb≤0.150.15~0.501.20~1.60≤0.035≤0.0300.20~0.400.20~0.4