CN101537542A - 低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构 - Google Patents
低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101537542A CN101537542A CN200910116632A CN200910116632A CN101537542A CN 101537542 A CN101537542 A CN 101537542A CN 200910116632 A CN200910116632 A CN 200910116632A CN 200910116632 A CN200910116632 A CN 200910116632A CN 101537542 A CN101537542 A CN 101537542A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welding
- steel
- residual stress
- base alloy
- nickel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 title abstract description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 241000538562 Banjos Species 0.000 claims description 11
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 19
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001119 inconels 625 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004517 catalytic hydrocracking Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
低焊接残余应力的2.25Cr－1Mo钢对接接头焊接结构，其特征是在2.25Cr－1Mo钢母材(1)的焊接接头坡口表面有一堆焊镍基合金层，在两侧焊接接头坡口的堆焊镍基合金层之间为镍基合金熔敷金属层。本发明能够使焊接接头本身的强度、塑性得到充分保证，同时具有较强抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及2.25Cr-1Mo钢对接接头的焊接结构。
背景技术
由美国石油学会提出的“Nelson”曲线是高温高压临氢设备选材的准则，根据操作温度和氢分压的相关数值，2.25Cr-1Mo成为加氢反应器、换热器的首选材料，此类设备因高压、直径大、温度高，所以设备的壁厚较厚，目前国内制造的加氢反应器的壁厚已达320mm，临氢系统介质具有极强的腐蚀作用，焊接接头的质量直接影响设备的安全运行，通常此类设备为了消除焊接残余应力需进行焊后热处理。
热壁加氢设备基层采用2.25Cr-1Mo材料，由于操作温度达400℃，正处于钢材的回火脆化温度范围，故工程上均采用有效的方法限制杂质元素的含量，来控制加氢设备材料的回火脆化。同时因耐腐蚀的需要，基层表面需堆焊不锈钢，其中过渡层为309L，表层为含铌(抗连多硫酸腐蚀)的347，2.25Cr-1Mo厚壁容器封筒环向对接接头常见结构如图1所示，是以2.25Cr-1Mo为母材1，2.25Cr-1Mo熔敷金属填充后形成焊缝金属2、母材1的内表面形成有不锈钢堆焊层3。
这类焊接接头熔敷金属的化学成分和力学性能均与母材相当。临氢系统介质具有极强的腐蚀作用，在应力条件下会产生应力腐蚀裂纹。2.25Cr-1Mo钢焊接具有的特性是：
1、焊接接头具有回火脆化倾向，当热影响区布氏硬度＞250时，脆性加大，易产生冷裂纹；
2、焊缝金属淬硬倾向大，该钢种在焊接过程中易形成马氏体组织，通过焊后热处理，使部分马氏体重新转变成奥氏体，同时也使残存马氏体经受一次回火处理，降低其硬度和脆性。
因此2.25Cr-1Mo钢焊接后消除焊接残余应力非常重要，我国标准GB150-1998《钢制压力容器》明确规定Cr-Mo合金钢制设备需进行焊后消除应力热处理。
对2.25Cr-1Mo钢制设备进行焊后热处理是消除焊接残余应力，避免应力腐蚀，降低焊接接头硬度，降低氢腐蚀敏感性的有效措施。但有些特殊的设备如换热器封筒对接接头可能无法进行进行整体热处理，如采用上述的焊接接头型式不进行热处理则焊接残余应力较大，将其应用于高温高压的临氢系统存在较大的风险。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种能够使焊接接头本身的强度、塑性得到充分保证，同时具有较强抗腐蚀性能的低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构。
本发明低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构，其特点是在2.25Cr-1Mo钢母材的焊接接头坡口表面有一堆焊镍基合金层，在两侧焊接接头坡口的堆焊镍基合金层之间为镍基合金熔敷金属层。
本发明低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构的特点也在于：
所述位于2.25Cr-1Mo钢母材的焊接接头坡口表面的堆焊镍基合金层的厚度为10～14mm。
所述的镍基合金层选用ENiCrMo-3的合金材料。
不需要进行焊后热处理的设备主要是由奥氏体不锈钢和有色金属制造。这类钢材具有良好的冷、热加工及焊接性能，焊接成形时材料流动性好，不易产生较大的焊接残余应力，因而不需进行焊后消除应力热处理。显然，钢材焊接后不进行焊后消除应力热处理的关键除材料自身的可焊性外，熔敷金属的性能一定非常优秀，这样才能保证接头的性能衰减幅度受到控制。2.25Cr-1Mo焊接时的情况更是如此，需要考虑熔敷金属的耐腐蚀性，焊接接头熔合线表面碳元素是否易迁移，焊接接头的高温时效情况、高温强度，熔敷金属和基体金属的热导率、线胀系数等诸多因素。本发明通过试验验证，在众多的材料中遴选出ENiCrMo-3(AWS牌号)作为2.25Cr-1Mo的填充金属，它们的化学成分、力学性能、物理性能分别见表1、表2、表3：
表1 化学成分(重量百分比)
| 材料 | Ni | C | Mn | Fe | P | S | Si | Cr | Nb | Mo | 其他 |
| 2.25Cr-1Mo | - | ≤0.15 | 0.30～0.60 | 平衡项 | ≤0.010 | ≤0.010 | ≤0.10 | 2.0～2.5 | - | 9.0 | - |
| Inconel625熔敷金属 | ≥55.0 | 0.10 | 1.0 | 7.0 | 0.03 | 0.02 | 0.75 | 20.0～23.0 | 3.15～4.15 | 8.0～10.0 | 0.50 |
表2 力学性能
表3 物理性能
| 材料类型 | 常温密度kg/m3 | 熔点范围℃ | 常温弹性模量MPa | 常温热膨胀系数×106/℃ |
| 2.25Cr-1Mo | 7850 | ～1500 | 205000 | 11.6 |
| Inconel 625 | 8400 | 1370～1425 | 214000 | 12.2 |
由表1～表3可知牌号为AWS ENiCrMo-3和2.25Cr-1Mo钢弹性模量和热膨胀系数较接近，因此焊接时产生的温度应力较小。镍元素为石墨化元素，能有效地抑制碳迁移，高含量镍元素能较好地控制因稀释在熔合区产生的脆性组织，其高塑性对于缓解近焊缝区的应力有较大益处。Mo元素可提高钢的高温强度，改善钢的韧性以及增强抗氢腐蚀能力，能提高钢材抗有机酸还原性介质腐蚀和抗应力腐蚀的能力。Cr元素可提高钢的耐腐蚀性和热强性，使钢具有优良的抗高温氧化性和耐氧化性介质腐蚀的性能。因此，在设备不能进行热处理的情况下，采用ENiCrMo-3作为2.25Cr-1Mo钢材对接接头的填充金属是切实可行的。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明采用高互溶性的焊接材料，使金属焊接过程中的组织均匀，有效避免了裂纹的产生和脆性相的析出，使焊接接头本身的强度、塑性得到充分保证，同时具有较强的抗腐蚀性能。
2、本发明可以在加氢裂化装置高压换热器的制造过程中得到应用，使设备的更新换代成为可能，合乎相关规范的规定。
3、本发明可以在某些不具备热处理条件的现场安装中进行采用。
4、本发明可以在现场修复中进行采用，随着我国石油化工事业的飞速发展，临氢设备装置越来越多，采用本发明可以在现场快速有效地对设备进行修复，缩短检修周期，降低检修成本。
5、本发明可以广泛地应用在现场不具备热处理条件的Cr-Mo钢焊接，在役设备2.25Cr-1Mo钢焊接接头缺陷的修复，Cr-Mo钢管道的对接焊接等多种场合中。
附图说明
图1为已有技术结构示意图。
图2为本发明结构示意图。
图中标号：1母材、2a堆焊镍基合金层、2b镍基合金熔敷金属层。
以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图2，本实施例是在2.25Cr-1Mo钢母材1的焊接接头坡口表面有一堆焊镍基合金层2a，在两侧焊接接头坡口的堆焊镍基合金层2a之间为镍基合金熔敷金属层2b，母材1的内表面形成有不锈钢堆焊层3。
具体实施中，首先是在2.25Cr-1Mo钢母材1焊接接头坡口表面形成ENiCrMo-3、10～14mm厚度的堆焊镍基合金层2a，再用表面无损检测方法检测堆焊层的质量，确认堆焊质量合格后，再用ENiCrMo-3在两侧焊接接头坡口的堆焊镍基合金层2a之间形成镍基合金熔敷金属层2b，将接头焊接在一起。这种焊接结构成型好，焊接残余应力低，不仅具有良好的强度、塑性和韧性，同时其高温性能和耐腐蚀性能都很优越。焊接接头对母材内表面的不锈钢堆焊层3的性能没有影响。
Claims (3)
1、低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构，其特征是在2.25Cr-1Mo钢母材(1)的焊接接头坡口表面有一堆焊镍基合金层(2a)，在所述两侧焊接接头坡口的堆焊镍基合金层(2a)之间为镍基合金熔敷金属层(2b)。
2、根据权利要求1所述的低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构，其特征是所述位于2.25Cr-1Mo钢母材(1)的焊接接头坡口表面的堆焊镍基合金层(2a)的厚度为10～14mm。
3、根据权利要求1所述的低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构，其特征是所述的镍基合金层选用ENiCrMo-3的合金材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009101166323A CN101537542B (zh) | 2009-04-24 | 2009-04-24 | 低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009101166323A CN101537542B (zh) | 2009-04-24 | 2009-04-24 | 低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101537542A true CN101537542A (zh) | 2009-09-23 |
| CN101537542B CN101537542B (zh) | 2012-02-29 |
Family
ID=41121048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009101166323A Active CN101537542B (zh) | 2009-04-24 | 2009-04-24 | 低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101537542B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112338434A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-02-09 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种抗延迟开裂的高强度b型套筒角焊缝焊接方法 |
| CN112846562A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 东方电气(广州)重型机器有限公司 | 一种焊缝结构、壳体组件、壳体组件制造方法 |
| CN115008049A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-09-06 | 广船国际有限公司 | 一种大间隙超厚板的焊接方法及集装箱 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3163501A (en) * | 1961-10-13 | 1964-12-29 | Bbc Brown Boveri & Cie | Process for the production of welded seams in niobium and vanadium steels, and welded joints produced thereby |
| DE1627549A1 (de) * | 1966-04-12 | 1969-10-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Verfahren zur Herstellung von Schweissverbindungen |
| CN101214573B (zh) * | 2008-01-03 | 2010-12-22 | 湖北省电力试验研究院 | 中温厚壁WB36/1Cr18Ni9Ti异种钢焊接工艺 |
-
2009
- 2009-04-24 CN CN2009101166323A patent/CN101537542B/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112338434A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-02-09 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种抗延迟开裂的高强度b型套筒角焊缝焊接方法 |
| CN112846562A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 东方电气(广州)重型机器有限公司 | 一种焊缝结构、壳体组件、壳体组件制造方法 |
| CN115008049A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-09-06 | 广船国际有限公司 | 一种大间隙超厚板的焊接方法及集装箱 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101537542B (zh) | 2012-02-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101393784B1 (ko) | 오스테나이트계 스테인리스강 | |
| RU2664347C2 (ru) | Высококачественный материал для гибких длинномерных труб и способ его изготовления | |
| CA2680943C (en) | A seamless steel tube for use as a steel catenary riser in the touch down zone | |
| CN102615380A (zh) | 超超临界火电机组焊接sa335-p91/p92钢的焊接工艺 | |
| CN109266971B (zh) | 一种抗再热裂纹的含w高强度低合金耐热钢 | |
| CN101300369A (zh) | 管线用无缝钢管及其制造方法 | |
| Silva et al. | Residual stress, microstructure and hardness of thin-walled low-carbon steel pipes welded manually | |
| CN102091884B (zh) | 能够使不锈钢焊接接头焊趾处产生压缩应力的药芯焊丝 | |
| EP1418245A2 (en) | Long-life heat-resisting low alloy steel welded component and method of manufacture the same | |
| Kalyankar et al. | Effect of post weld heat treatment on mechanical properties of pressure vessel steels | |
| CN201483165U (zh) | 低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构 | |
| CN103350287B (zh) | F92阀体与f22配管异种钢对接焊的工艺 | |
| Meng et al. | Investigation on creep behavior of welded joint of advanced 9% Cr steels | |
| CN101537542B (zh) | 低焊接残余应力的2.25Cr-1Mo钢对接接头焊接结构 | |
| CN104070271B (zh) | 15Cr1Mo1V阀体与WB36配管异种钢焊接方法 | |
| Fan et al. | Microstructures and properties of a novel 115 mm thick 08Cr9W3Co3VNbCuBN heat-resistant steel tube joints welded by shielded metal arc welding | |
| Natesan et al. | Preliminary materials selection issues for the next generation nuclear plant reactor pressure vessel. | |
| CN103341682A (zh) | Saf2205双相不锈钢与weldox700低合金高强钢的焊接工艺 | |
| Rathore et al. | Advanced ultra super critical power plants: Role of buttering layer | |
| Mukhtar et al. | Reactor pressure vessel (RPV) design and fabrication: a literature review | |
| CN103264207A (zh) | 高强度核电钢对接手工焊接的方法 | |
| Milović | Significance of cracks in the heat-affected-zone of steels for elevated temperature application | |
| Shen | Review of the Effect of Cold Work on Stress Corrosion Cracking | |
| JP3869576B2 (ja) | 耐熱鋼の溶接方法 | |
| CN104384673A (zh) | 一种温度管与主给水管的焊接方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 230071 No. 888 Changjiang West Road, Shushan District, Anhui, Hefei Patentee after: HEFEI GENERAL MACHINERY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: 230071 No. 888 Changjiang West Road, Shushan District, Anhui, Hefei Patentee before: HEFEI GENERAL MACHINERY Research Institute |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |