鉻鉬合金鋼的熱處理參數如何確定?

對於鉻鉬合金鋼的熱處理要求,查看相關標準可以看出,各個標準(如ASME B31.3、SH/T3520、SH3501等)對不同合金含量的鉻鉬合金鋼都做出了要求,如下圖所示:

SH/T3520-2015對鉻鉬合金鋼的熱處理要求:

鉻鉬合金鋼的熱處理參數如何確定?

SH3501-2011對鉻鉬合金鋼的熱處理要求

鉻鉬合金鋼的熱處理參數如何確定?

ASME B31.3對鉻鉬合金鋼的熱處理要求:

鉻鉬合金鋼的熱處理參數如何確定?

但標準中都註明了:除設計文件另有要求外,熱處理溫度按表格要求執行。也就是說標準中只是對熱處理的參數做了推薦,並沒有強制執行。因此也就是要求在這些基礎要求上通過試驗結果來選擇與焊接操作有關的熱處理參數,並通過焊接工藝評定確定最佳的有關熱處理參數。

本文以典型的P91耐熱鋼為例,將確定合理的熱處理參數的方法與大家分享。

P91 鋼供貨狀態為馬氏體,焊接完成後,得到的是具有淬硬傾向且晶粒比較粗大的馬氏體,通過合理的焊後回火熱處理可以細化晶粒、消除殘餘應力、改善焊縫金屬的機械性能和消除焊縫的擴散氫。

回火參數確定

根據 Larson-Miller 參數公式,我們可以進行分析,在 t8/5 一定的情況下,回火溫度越高,則參數 P 越大,韌性越好,相對的硬度也越低。

Larson-Miller 參數公式:

P=T(logt+20)×10-3,其中,T為熱處理溫度,單位K;t為熱處理保溫時間,單位h。

清華大學教授陳伯蠡在《9Cr-1Mo鋼焊後熱處理回火參數P值得確定》一文中,通過對9Cr-1Mo鋼模擬粗晶區回火後性能的研究,分別對比了t8/5 分別為60s、13s時的室溫衝擊韌性和硬度值,確定了該鋼合適的焊後回火參數P值的範圍為20-22,並通過力學性能試驗,驗證其所確定的回火參數P值滿足性能要求。

鉻鉬合金鋼的熱處理參數如何確定?

鉻鉬合金鋼的熱處理參數如何確定?

參考Ac1 相線溫度和母材的最終供貨狀態的回火溫度

對於P91鋼,如果回火溫度過高,超過了Ac1相線溫度,馬氏體會重新轉化成奧氏體,在降溫的過程中,生成新的未回火馬氏體,硬度增加,降低焊縫金屬的高溫持久度。相反,如回火溫度過低,則不能達到熱處理目的,對材料的韌性等力學性能指標無法保證;從母材方面考慮,如焊後回火溫度高於母材最終供貨狀態的回火溫度,也會破壞母材的性能。

查看瓦盧瑞克·曼內斯曼鋼管公司的T/P91鋼製造手冊,母材是在750℃~780℃ 溫度下進行最終回火,瓦盧瑞克·曼內斯曼鋼管公司通過膨脹差異法測得鋼管的 Ac1 溫度 800~830℃,焊後熱處理溫度應控制在 Ac1 溫度以下 30℃左右,即750℃-760℃左右。

但也要考慮焊材製造廠家的的對焊材的熱處理推薦溫度,不同焊材的製造生產廠家添加的合金元素有所不同,特別對於Mn和Ni元素,鎳元素和錳元素含量如超過了母材規定的上限會顯著地提高焊縫的韌性,同時也會降低Ac1的溫度,因此要限制Mn和Ni的合金含量,一般對於P91鋼的焊材,在材質證明書中都會提及:Mn+Ni小於1.5%。

上述提及的兩種熱處理參數確定的方法,但最終都是要通過焊接工藝評定確定最佳的有關熱處理參數。


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