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再熱裂紋傾向的材料有哪些?產(chǎn)生原因、影響因素及其防治方法都有哪些?

發(fā)布時(shí)間:2023-06-21

0.2.3 有延遲裂紋傾向的材料(如:12Cr2Mo1R)應(yīng)當(dāng)至少在焊接完成24h后進(jìn)行無損檢測(cè),有再熱裂紋傾向的材料(如:07MnNiVDR)應(yīng)當(dāng)在熱處理后增加一次無損檢測(cè)。
GB/T150.5 P335

那么什么是再熱裂紋?有再熱裂紋傾向的材料有哪些?

定義
對(duì)于某些含有沉淀強(qiáng)化元素的高強(qiáng)鋼和高溫合金(包括低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、沉淀強(qiáng)化的高溫合金,以及某些奧氏體不銹鋼),在焊后并未發(fā)出裂紋,而在熱處理過程中出現(xiàn)了裂紋,這種裂紋稱為“消除應(yīng)力處理裂紋”。有些焊接結(jié)構(gòu)是在一定溫度條件下工作,如在500~600℃長(zhǎng)期工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生裂紋。在工程上常把上述兩種情況下產(chǎn)生的裂紋(消除應(yīng)力過程和服役過程),統(tǒng)稱為“再熱裂紋”。

主要特征
1)都是發(fā)生在焊接熱影響區(qū)的粗晶部位并呈晶間開裂。
2)進(jìn)行消除應(yīng)力處理之前焊接區(qū)存在較大的殘余應(yīng)力并有不同程度的應(yīng)力集中。
3)產(chǎn)生再熱裂紋存在一個(gè)最敏感的溫度區(qū)間,這個(gè)區(qū)間與再熱溫度及再熱時(shí)間有關(guān),并隨材料的不同而變化。
4)含有一定沉淀強(qiáng)化元素的金屬材料才具有產(chǎn)生再熱裂紋的敏感性,碳素鋼和固溶強(qiáng)化的金屬材料一般都不產(chǎn)生再熱裂紋。


再熱裂紋產(chǎn)生的機(jī)理及成因分析
根據(jù)掃描電鏡以及高溫金相顯微鏡下觀察,確認(rèn)再熱裂紋是由于晶界的優(yōu)先滑動(dòng)而導(dǎo)致金屬材料或合金的微裂形核而產(chǎn)生的,也就是在焊后熱處理中,材料的晶界發(fā)生弱化而相對(duì)的其晶內(nèi)卻發(fā)生了強(qiáng)化。但是,對(duì)于再熱裂紋產(chǎn)生的機(jī)理,一直存在著兩種不同的看法,一種認(rèn)為晶界弱化是其主要原因;而另一種則認(rèn)為晶內(nèi)強(qiáng)化是其主要成因。這也就是現(xiàn)有的晶界雜質(zhì)析集弱化學(xué)說和晶內(nèi)二次強(qiáng)化學(xué)說。

再熱裂紋產(chǎn)生的幾種解釋
1晶界雜質(zhì)析集弱化作用

對(duì)一些低合金高強(qiáng)鋼產(chǎn)生再熱裂紋的測(cè)試中發(fā)現(xiàn),鋼材中的雜質(zhì)在晶界析集而導(dǎo)致其脆化,這種現(xiàn)象對(duì)于再熱裂紋的產(chǎn)生有著重要的影響。

2晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化作用
鉻、鉬、釩、鈮等元素的碳化物、氮化物,以及鎳基合金的沉淀相,在一次焊接熱作用下因受熱而固溶,在焊后冷卻進(jìn)不能充分析出,而在二次加熱再熱處理過程中,由晶內(nèi)析出這些碳、氮化物及沉淀相,從而晶內(nèi)強(qiáng)化,這時(shí),應(yīng)力松弛所產(chǎn)生的變形就集中于晶界,當(dāng)晶界在塑性不足時(shí),就會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋。

3蠕變斷裂理論
再熱過程中隨著應(yīng)力松弛,伴隨有蠕變現(xiàn)象。

再熱裂紋的影響因素及其防治
影響再熱裂紋的主要因素是鋼種的化學(xué)成分(直接影響粗晶區(qū)的塑性)和焊接區(qū)的殘余應(yīng)力(特別是應(yīng)力集中部位)。
1冶金因素
1) 化學(xué)成分對(duì)再熱裂紋的影響隨鋼種的不同而差異可根據(jù)再熱裂紋敏感性判據(jù)式進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2) 鋼的晶粒度對(duì)再熱裂紋影響是明顯的,晶粒度越大,越容易產(chǎn)生再熱裂紋。
3) 焊接接頭不同部位和缺口效應(yīng)對(duì)再熱裂紋的影響也有不同。

2焊接工藝因素
1) 焊接方法的影響
大的焊接線能量會(huì)使過熱區(qū)的晶粒粗大,對(duì)于一些晶粒長(zhǎng)大敏感的鋼種,埋弧焊時(shí)再熱裂紋的敏感性比手工電弧焊時(shí)大。但對(duì)一些淬硬傾向較大的鋼種,手弧焊反而比埋弧焊時(shí)的再熱裂紋傾向大。

2)預(yù)熱及后熱的影響
防止再熱裂紋,必須采用更高的預(yù)熱溫度或配合后熱才能有效。

3選用低匹配的焊接材料
4降低殘余應(yīng)力和避免應(yīng)力集中。

有再熱裂紋傾向的材料
15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnMoNbR、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR和日本的CF-62系列鋼。

小結(jié)
由于再熱裂紋不是在焊接過程產(chǎn)生,而是在熱處理或運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生,使再熱裂紋有一定的隱蔽性,而使由再熱裂紋所引發(fā)的事故具有不可預(yù)見性,進(jìn)而會(huì)造成更大的損失。所以必須在壓力容器的前期設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)等各環(huán)節(jié)預(yù)先考慮到再熱裂紋出現(xiàn)的可能,從而選擇合理的方案避免再熱裂紋的產(chǎn)生。在制造過程中,通過采用合理的方法,完全消除和預(yù)防再熱裂紋的產(chǎn)生是可能的。