ＳＡ３８７ Ｇ ｒ１ １ ＣＩ２新材料焊接工艺评定 江西江联能源环保股份有限公司 （南昌 ３３０ｏＯ１） 邓万华李发林 【摘要】 重点介绍ＳＡ３８７Ｇｒｌ１Ｃ１２钢制热高分罐制造过程中的材料技术指标和焊接工艺过程试验。对 ＳＡ３８７Ｇ ｌｌＣＬ２新材料进行了焊接工艺评定的分析，同时结合实际生产情况，经过不断试验，制定了合理的焊 接工艺规范。 ＳＡ３８７Ｇｒｌ １Ｃ１２钢是最近几年开发的新型铬钼型耐热 钢，是一种中温抗氢钢，目前还没有纳入通用的国家标 准。此材料现在主要用于８０万 年蜡油加氢精制装置 氢精制装置热高分罐，设计压力为１１．１ ＭＰａ，设计温度 为３２０￣Ｃ。该设备的主体材料为ＳＡ３８７Ｇｒｌ １Ｃ１２钢板和锻 什，所用钢材应经电炉或氧气转炉加真 脱氧精练，应 热高分罐、锅炉给水预热器及热气换热器等产品中。由 于该材料的工作环境恶劣，一般设计压力在９．８～ １６ＭＰａ、设计温度在３２０～４５４￣Ｃ，上作介质为氯气、硫 化氢、蜡油、汽柴油及热合成气等的反 产物和原料油 等。冈此，当ＳＡ３８７（．ｒｌ １Ｃ１２钢用作主体材料时，对钢 材的冶炼、化学成分、力学性能、金相组织和焊接Ｉ 艺 为本质细晶粒镇净钢，设计要求该材料的化学成分应满 足表ｌ的要求，同时应严格控制微量元素的含量，以保 证材料问火瞻化敏感系数 、ｌ，满足要求（公式中元素 以质量 分含量代入），即 系数＝（１ＯＰ＋５Ｓｂ＋４Ｓｎ＋Ａｓ）／１００≤１５×１０“ Ｊ系数＝（ ＋Ｍｎ）（Ｐ＋Ｓｎ）Ｘ １０ ≤１２０ 郁要严格控制。 我公司为某化工企业制造的一台８０万ｔ／年蜡油加 钢板的常温和高温力学件能要求见表２。该设备的 简体和封头采用的材料都为ＳＡ３８７Ｇｒｌ１Ｃ１２钢。 （％） 表１ ＳＡ３８７Ｇ ｒ１１ＣＩ２钢板化学成分（质量分数） 元素 Ｃ Ｍｎ Ｓｉ Ｐ Ｓ Ｃｒ ＭＯ Ｎｉ Ｃｕ Ｓｎ Ｓ１） Ｉ （Ｈ） 熔炼分析 ≤Ｏ １７ ０．４０～０ ６５ Ｏ ５Ｏ～Ｏ ８ ≤Ｏ．Ｏ１ ≤０．Ｏ１ １．ＯＯ一１．５Ｏ ０．４５～０ ６５ ≤０．２０ ≤Ｏ．２Ｏ ≤Ｏ．１５ ≤０ ００３１≤Ｏ．０１６ ２×１０ 产品分析 ≤０．１７ ０．３５～Ｏ．７３ Ｏ．４４～０．８６ ≤Ｏ Ｏｌ２ ≤０．Ｏ１２ ０ ９４～１．５６ ０ ４０～０．７０ ≤０．２５ ≤Ｏ １７ ≤０．１５ ≤０．００３ ≤０．Ｏｌ６ ２×１０ 复验值 Ｏ ｌ３ Ｏ．５２ Ｏ．５０ ０．００８ Ｏ．ＯＯ９ ｌ ｌ６ ０ ４８ ０．２Ｏ Ｏ．１８ ①焊材选择时，Ｍｎ、Ｓｉ含量尽量接近下限 ②在钢板进厂复验，即进行化学成分检验时，只作为参考值： 表２ ＳＡ３８７Ｇｒ１ １ ＣＩ２钢板力学性能 项目 室温抗拉强度 室温屈服强度 拳温伸长事 室温断面收缩率 夏比冲击功（Ｖ形缺Ｌ』）一３Ｏ℃ 高温屈服强度 窜温弯曲试验 ｈ／ＭＰａ ～ｒ，／ＭＰａ ６ ｆ％） （％） ， ｏ ２／ＭＰａ 数值 ５ｌ５６９０ ≥３１Ｏ ≥２２ ≥４５ 三个试样平均值１＞５４， 允许个／＞４７ ≥２３１（４５０℃） 弯曲１８Ｏ。， 无裂纹 １．焊接性分析 （１）冷裂纹倾向严重ＳＡ３８７ＧｒｌｌＣ１２钢为铬钼型 此，在焊接过程中应严格控制预热和层问温度，焊后应 正即进行消氢处理或中间消应力热处理。 （２）回火参数的影响 焊后热处理对 耐热钢，Ｃｒ、Ｍｏ含量较高，焊接接头有明显的淬硬倾 向。特别是厚壁容器，设备的拘束应力较大，在快速冷 却的情况下，氢来不及逸出，易产生氢致延迟裂纹。为 ＳＡ３８７Ｇｒｌ１Ｃ１２钢的焊接接头至关重要，既可以降低接头 的硬度，消除焊接残余应力，又可以获得较好的韧性。 ｌ鲨－兰 堡笪 塑堡堡皇 ＷＷＷ．ｍａｃｈｉｎｆＳｆ．ＣＯｍ．ｃｎ 参磊 工热加工 圈所以焊后热处理的温度和时间的选择要适当，一般温度 为６９０ｏＣ，保温时间不超过２６ｈ。 （２）焊接工艺评定试验 根据产品的结构尺寸，按 照ＪＢ４７０８－－２０００《钢制压力容器焊接工艺评定》及技术 要求进行了两项评定，共４副试板，母材为 ＳＡ３８７Ｇｒ１１Ｃ１２，试件的规格都是８００ｒａｍ×１８０ｍｍ× ４０ｒａｍ，坡口形式见图１。分别采用直流埋弧焊和焊条电 弧焊焊接。 ２．焊接工艺评定试验 为了保证产品的质量，加之ＳＡ３８７Ｇｒｌ１Ｃ１２钢是新 材料，在产品焊接之前需要进行焊接工艺评定试验。试 板的焊接接头性能需要满足以下几点要求：①焊接接头 的强度必须满足母材的强度要求。②焊接接头具有抗脆 断性。③焊接接头具有抗氢性和抗氧化性。④焊接接头 的组织稳定性。 （１）焊接材料的选择焊条电弧焊的焊接材料选用 了哈焊所的产品，埋弧焊的焊接材料选用了锦州锦泰的 产品。其中焊条电弧焊焊条为Ｒ３０７Ｇ，埋弧焊焊丝／焊 剂：Ｊｗ—Ｂ２／ＫＦ—８８ＯＭ。焊材到厂后进行了化学成分的 ６ 图１焊接评定试板坡口 复验，其熔敷金属的化学成分满足设计要求，见表３。 表３焊材熔敷金属化学成分复验 （％） 焊材牌号 Ｒ３０７Ｇ 试板焊接之前需要进行预热，预热温度为１５０￣Ｃ， 层间温度控制在１５０～２５０￣Ｃ，具体焊接参数见表４。焊 后立即进行３００～３５０￣Ｃ×２ｈ消氢处理，再对焊缝进行 １００％射线探伤＋１００％超声波探伤，分别按照 ＪＢ４７３０．２—２００５和ＪＢ４７３０．３—２００５进行，结果分别为 Ⅱ、Ｉ级。将试板一付进行ｍａｘ．ＰＷＨＴ处理：（６９０± １４）℃ｘ２０ｈ，另一付进行ｍｉｎ．ＰＷＨＴ处理： （６９０± １４）ｏＣ×６ｈ。 Ｃ ０．０７ Ｓｉ ０．１８ Ｍｎ ０．７５ Ｃｒ １．２３ ＭＯ ０．４６ Ｐ Ｏ．０ｌ ＪＷ～Ｂ２ ０．１２ ０．４５ ０．５３ １．１８ ０．４９ ０．００８ 焊材牌号 Ｒ３０７Ｇ Ｓ ０．０１ Ｎｉ ０．２１ Ｃｕ Ｓｂ Ｓｎ Ａｓ ０．２０ ０．ｏｏ３５ ０．００３０ ０．００１９ ＪＷ～Ｂ２ Ｏ．００１ ０．０８ ０．１８ Ｏ．ＯＨ０３２ ０．ｏ０２９ Ｏ．ｏ０１８ 表４焊接参数 评定编号 ０７一专０８￣０７ 厚度／ｍｍ ４０ 焊接层次 １～２ ３～２７ １～２ 焊接方法 ＳＡＷ ＳＡＷ ＳＭＡＷ 焊接材料 ＪＷ—Ｂ２ ４，４．０ Ｊｗ—Ｂ２ ６４．０ Ｒ３０７Ｇ击３．２ 焊接电流／Ａ 电弧电压／Ｖ 焊接速度／ｍｍ・ｍｉｎ ５４０～５６０ ５６０～５８０ ｌ３０～１５０ ３０～３２ ３４～３６ ２４～２６ ｌ２～ｌ５ １０一ｌ６ ４５～５０ ０７一专０８￣０８ ４０ ３～３０ ＳＭＡＷ Ｒ３０７Ｇ６４．０ １５０～１７０ ２８～３２ ４５～５Ｏ 焊接工艺评定力学性能试样数量的加工也是非常复 杂的，并且很多。试板加工数量见表５（Ｓ．Ｃ为分步冷 却脆化处理试验）。 表５焊接工艺评定试板力学－Ｉ生能试样数量 （个） 室温拉 高温拉 弯曲 一３０℃ 回火 项 目 伸试验 伸试验 试验 冲击 ｍａｘ．ＰＷＨＴ ｍｉｎ．ＰＷＨＴ ２ ２ ４ ９ ９ 脆化 图２分步冷却脆化处理程序 ２４ 冷却速度：①一５．６￣Ｃ／ｈ；②一２．８￣Ｃ／ｈ；③一２８￣Ｃ／ｈ ｍｉｎ．ＰＷＨＴ＋Ｓ．Ｃ ２４ 焊接工艺评定试件经过分步冷却脆化处理后应满足 下式要求： １ｒ５４＋３△ １ｒ５４≤２４℃ 注：回火脆化倾向评定夏比冲击试验总共分８个温度点进 行，每个温度点３个冲击试样。分步冷却脆化处理程序如图２ 所示。步冷前后的冲击功与试验温度的关系曲线见图３。 或ＶＴｒ５４＋２．５ＡＶＴｒ５４≤１０ｏＣ 参曷 工热加工 竖壁皇塑型 里里璺至箜 塑＿ ｗｗｗ．ｍａｃｈ｝ｎｉｓｔ．ｃ０１７１．ｃｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆ａｅｐｔｉ￣ｔｉｏｎ ＶＴｒ５４为经过ｍｉｎ．ＰＷＨＴ的夏比（Ｖ形缺口）冲击 格控制化学成分、晶粒度及非金属夹杂物，以确保材料 和焊接接头的ｘ、Ｊ系数及力学性能满足设计技术要求， 并具有良好的抗脆性性能。 功为５４Ｊ时相应的转变温度（试验温度），ＡＶＴｒ５４为经 过ｍｉｎ．ＰＷＨＴ＋Ｓ．Ｃ后的夏比（Ｖ形缺口）冲击吸收功 为５４Ｊ时相应的转变温度增加，见图３。 （２）ＳＡ３８７Ｇｒｌ１Ｃ１２钢焊接性能差，淬硬倾向严重， 易产生冷裂纹。焊接过程中应严格控制预热、层间温 度，焊后应立即进行消氢处理或中间消除应力热处理和 雷 最终热处理。制造过程中，只有严格控制每道工序，才 ５４ 柑 是 Ｄ 试验温度／℃ 图３步冷前后冲击功与试验温度的关系曲线 图３中的曲线Ａ、Ｂ各由８个适当的试验温度点所 组成，试验的８个温度点分别为一８０℃、一６０℃、 一４０℃、一３Ｏ 、一１０ｏＣ、０℃、２０℃和４０℃。 按照设计要求及ＪＢ ４７０８－－２０００对试件进行试验， 结果见表６一表８。 表６试件拉伸性能试验 评定 焊接接头拉伸试件 全焊缝金属拉伸试件 编号 Ｏｒ０ ２ Ｏ＂ｂ 艿 ｒｏｏ ２ ｂ ０ ２ ５Ｏ７ ３３０ ５９３ ２７ ６ｌ ３３ｌ ５８０ ２９ ６３ ４７０ ５０８ ３４０ ５２５ ２５ ６６ ３１Ｏ ５８５ ２３ ６４ ４５０ 表７试件弯曲、低温冲击及回火脆化倾向评定试验 编 弯曲试验 一３０￣１２冲击试验 １， ＋ Ｄ＝４、 ３△ＶＴｒ５４ 号 （６９０±１４）ｏＣ ｘ２０ｈ ｆ６９０ ４－１４）℃×６ｈ Ｏｔ＝ｌ８Ｏ。 ≤２４℃ ＷＭ ５０ １６８ ｌｌ６ ＷＭ ４８ ６４ ｌ１Ｏ ｌ１ ５０７ 无缺陷 ＨＡＺ １８０ ２５４ ｌ０８ ＨＡＺ １７０ ｌ６８ １９２ ｌ５ ＢＭ １７Ｏ ｌ２Ｏ ２３６ ＢＭ ２２Ｏ ２４８ ２ｏ４ ｌ４ ＷＭ １４０ ２１２ ２ｏ０ ＷＭ ｌ８２ ｌ８０ ｌ８６ ｌ５ ５Ｏ８ 无缺陷 ＨＡＺ ２０４ ２４０ ｌ【ｌ２ ＨＡＺ １５６ １４６ １４０ １８ ＢＭ ２０ｏ ５８ １４４ ＢＭ ｌ７８ ｌ０４ ２ｌＯ １３ 表８焊接接头硬度ｌｉＢ试验 编号 ＷＭ ＨＡＺ ＢＭ ＿ ５０７ Ｉ８０ １６７ Ｉ １９０ １７７ ｆ １７５ ｆ １６９ １９４ ｆ １９８ ｌ８６ ５０８ １６１ １４７｛Ｉ５８ １５３ ｌ １６１ ｌ１４２ １４５ Ｉ １４８ １５６ 从以上数据可以看出，焊接工艺评定试验各项技术 指标均满足设计技术要求，评定结果合格。 ３．结语 ’（１）ＳＡ３８７Ｇｒｌ１Ｃ１２钢在材料及其焊材订购时应严 圈 笪 塑竖蕉皇塑 ＷＷＷ．ｍａｃｈｉｎｉｓ Ｃ０１７１．ＣＢ 参属 工热加工 能保证设备的制造质量。 （３）ＳＡ３８７Ｇｒ！ｌＣ１２钢厚壁容器的焊接采用埋弧焊 工艺，提高了劳动生产率，节约了焊材，降低了能耗， 保证了焊接质量，焊接接头的综合性能良好，抗回火脆 性性能较好。ＭＷ （２００８０７３１） 也Ｇ乜Ｇ电Ｇ 《金属加工》（冷加工） ２００８年第２０期要日 数控系统的网络功能 宏程序在孔加工中的应用 椭圆曲线的数控车削加工 五坐标数控铣削编程后处理算法与程序开发应用研究 参数化编程在数控铣削中轮廓倒圆角的应用 车削螺纹时常见问题及解决方法 曲轴油孔口倒角加工工艺讨论 渐开线花键联接的脂润滑分析 无架窝缸筒直口加工技术 如何保证键槽与轴的对称度 高精度特殊模数蜗杆的车削 看刀具七十二变 氮化钢材料零件的深孔镗铣削加工 软三爪在数控车床上的应用 三款简易刀夹具的设计和使用 小空间深孔加工工装设计 简易对中找正镗夹具 塑料夹子模具铜电极的设计与数控加工 简易冲模在车床上的应用 感温卡成形工艺及模具设计 复杂音箱面壳注塑模具电极拆分设计 浅析波兰产龙门刨床侧刀架圆锥齿轮丝杠母测绘 孔组位置度综合检具的设计及使用 齿轮（轴）常用修复工艺 浅谈机械设备的再制造 Ｘ５６４６铣床进给系统改造 基于Ｄｙｎａｆｏｒｍ的气膜片工艺设计和坯料最优尺寸估算 基于ＡｕｔｏＣＡＤ的工序文件创建的二次开发
