管式加热炉1Cr5Mo钢辐射盘管焊缝热处理

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摘 要：本文对管式加热炉1cr5mo钢辐射盘管焊缝热处理技术要求进行了全面论述。根据1Cr5Mo钢辐射盘管焊缝存在的缺陷，通过制定合理的热处理工艺，有效改善1Cr5Mo辐射盘管焊缝的综合力学性能，保证管式加热炉安全运行。

关键词：管式加热炉 1Cr5Mo辐射盘管 焊缝 热处理

管式加热炉是目前在石油化工、石油炼制、煤化工、焦油加工等工业中广泛用于化工产品加热的设备。目前，大多管式加热炉中的辐射盘管用1Cr5Mo钢管在施工现场焊接而成，采用的焊条是与1Cr5Mo钢母材金属相近的R507焊条，因而其焊接接头具有与母材的组织和极为相近的力学性能，使用中无明显合金元素扩散和碳迁移的问题。但焊缝处会形成冷裂敏感的显微组织，焊接接头处存在残余应力，过热区容易产生再热裂纹，具有明显的回火脆性。为了提高焊缝以及周围热影响区综合力学性能，辐射盘管必须进行焊后热处理以消除焊接残余应力，改善焊缝组织，提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝以及周围的热影响区的硬度，保证管式加热炉安全运行。

一、1Cr5Mo盘管的工作条件与技术要求

管式加热炉是目前在石油化工、石油炼制、煤化工、焦油加工等工业中广泛用于化工产品加热的设备，管式加热炉辐射盘管内流动的介质多为高温、高压及有腐蚀性的原油、凝缩油、汽油、柴油等，因此辐射盘管应具有足够的强度、韧性及抗腐蚀性能。

二、管式加热炉 1Cr5Mo钢辐射盘管的结构

管式加热炉 1Cr5Mo钢辐射盘管的结构如图1所示，辐射盘管采用急弯弯管和直管通过焊接而成。

图1 管式加热炉辐射盘管的结构示意

三、1Cr5Mo钢辐射盘管焊缝热处理工艺

根据对母材1Cr5Mo钢的化学成分（见下表）的分析以及焊接工艺的相关规定，1Cr5Mo辐射盘管焊接采用手工钨极氩弧焊打底，打底焊时管道内部应充氩气保护；填充及盖面焊采用焊条电弧焊。氩弧焊焊丝选用：H1Cr5Mo，焊条电弧焊焊条选用母材金属相近的R507焊条，其焊接接头具有与母材的组织和极为相近的力学性能，使用中无明显合金元素扩散和碳迁移的问题。

表 1Cr5Mo钢的化学成分（%）

碳C 硅Si 锰Mn 硫S 磷P 铬Cr 钼Mo 镍Ni

≤0.15 ≤0.50 ≤0.60 ≤0.035 ≤0.030 4.00

～6.00 0.45～0.60 ≤0.60

1.焊缝缺陷分析与对策

1Cr5Mo钢是一种低合金耐热钢，热处理后有淬硬倾向，因此在焊接时会形成冷裂敏感的显微组织；同时1Cr5Mo钢含有Cr、Mo等强烈的碳化物形成元素，因此在焊缝接头的过热区容易产生再热裂纹，具有明显的回火脆性。且焊缝及热影响区存在焊接残余应力，组织不稳定，综合力学性能比母材降低。

因此，为了管式加热炉安全运行，辐射盘管在无损检测合格后及时进行热处理，以消除焊接残余应力，改善焊缝组织，提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝以及周围的热影响区的硬度，提高焊缝以及周围热影响区综合力学性能。

2.焊缝热处理工艺分析

根据1Cr5Mo钢辐射盘管工作条件分析，辐射盘管应具有足够的强度、韧性及抗腐蚀性能。根据相关规定，1Cr5Mo钢辐射盘管焊接热处理后的硬度要求：焊缝处≤270HB，热影响区≤270HB，母材≤241HB。因而为保证焊缝及热影响区的综合力学性能达到要求，必须制定合理的焊后热处理工艺。经验表明，焊后及时进行消应力高温回火处理（热处理工艺如图2所示）可保证焊缝及热影响区的综合力学性能达到要求。

图2 热处理工艺曲线

（1）加热速度：升温至300℃后，加热速度不大于220℃/h 。

（2）恒温温度和时间：恒温期间各测点的温度均应在750℃～780℃范围内，恒温时间2小时。

（3）冷却速度：恒温后的冷却速度不大于260℃/h。冷却至300℃后可自然冷却。

3.热处理实施要点

（1）热电偶测头安置在焊缝部位，焊缝及其左右30mm缠绕绳索加热器。

（2）在最外层包裹保温棉，电缆、电线连接如图3所示。

（3）根据1Cr5Mo焊缝热处理工艺标准，调整智能温控柜热处理工艺参数（加热速度、恒温温度、恒温时间、冷却速度）。

4.焊后热处理质量检测

1Cr5Mo钢辐射盘管在焊接质量保证合格的前提下，一般可在校验热处理温度记录曲线合格以后，以1Cr5Mo钢接头的硬度作为焊后热处理质量评定指标，判定热处理质量是否合格。

图3 1Cr5Mo辐射盘管热处理示意图

（1）硬度检查的位置：每条焊缝不少于l处，每处各测焊缝、热影响区（应紧邻熔合线）、母材三点。

（2）硬度标准：经焊后热处理的焊缝和热影响区进行100%硬度值测定，焊缝及母材上焊接热影响区的硬度值不应超过225HB，当硬度超过规定时，应重新进行热处理，并仍需作硬度测定。

5.热处理注意事项

（1）焊后热处理温度的选择。焊后热处理温度的选择应确保近焊缝区组织的改善，将残余应力降低到最低限度，使母材与接头的力学性能不会降低到设计要求以下，避免在回火脆性和裂纹倾向敏感温度范围进行。1Cr5Mo钢辐射盘管焊后热处理温度应选择在750℃～780℃范围内。

（2）热处理恒温时间的选择。根据1Cr5Mo钢成分和辐射盘管壁厚分析，参照热处理的相关规范，热处理恒温时间应不小于2小时。若热处理恒温时间不充足会造成接头硬度偏高，导致焊接接头仍有一定的脆性倾向。

（3）热处理加热范围。热处理加热范围为焊缝两侧各不少于焊缝宽度的3倍，且不少于25mm。加热范围以外100mm区域内应予以保温，管道两端应封闭。

四、总结

制定合理的焊后热处理工艺，特别是热处理的加热速度、恒温温度、恒温时间以及冷却速度是提高管式加热炉1Cr5Mo钢辐射盘管焊缝和热影响区综合力学性能的关键因素，1Cr5Mo钢辐射盘管焊后热处理是确保管式加热炉安全运行的重要工艺。

参考文献：

[1]樊东黎等.热处理技术手册[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]王忠诚等.典型零件热处理技术[M].北京：化学工业出版社，2010.

[3]王广生等.金属热处理缺陷分析及案例（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2007.

（作者单位：广东省茂名市第二高级技工学校）