摘要：随着现代科学技术的发展和应用要求的逐步提高，具有特殊性能的新型结构材料不断涌现，对焊接技术的要求也越来越高。因此，材料的可焊性，特别是金属材料的可焊性越来越受到重视。
关键词：珠光体耐热钢;焊接;应用
前言
珠光体耐热钢在450-620℃下具有良好的蠕变强度和工艺性能，良好的导热性和低膨胀系数。由于价格低廉，广泛应用于450~620℃范围内各种耐热结构材料的生产。如电站锅炉钢管、高压容器、换热管等。
1 珠光体耐热钢强化机理
珠光体耐热的工业化生产过程较复杂，影响珠光体耐热组织和性能的因素也很多。提高珠光体耐热强度主要有以下途径。
1.1增大拉拔时的总压缩率
从理论上讲，只要增大钢丝冷拔时的总压缩率，就可以得到高强度的钢丝，但在实际操作中会受到多种因素的制约，难度很大。例如珠光体耐热被冷拔到一定程度之后，断丝率就会很高，使生产无法正常进行，未断珠光体耐热的塑性和韧性也会逐渐下降，引发捻制时钢丝出现断丝。
1.2增大碳含量
碳含量较大的过共析钢丝具有的层片状珠光体组织既具有较高的加工硬化率，拉拔变形后可获得更高的强度，同时具有良好的塑性，在大变形量的拉拔过程中不易断裂。目前我公司已开发从碳质量分数为0.0072（72C）和0.0082（82C）的普通强度亚共析钢丝和高强共析钢丝提升到碳质量分数为0.0092（92C），0.0097（97C）和0.0102（102C）的超/特高强度过共析钢丝。对于超/特高强度过共析钢丝，其强化机理有很多，如细晶强化、弥散强化、过剩相强化和固溶强化等。
（1）细晶强化。当应变量较小时，珠光体钢丝屈服强度（σy）与晶粒直径（d）的关系满足Hall-Petch关系：
σy＝σ0＋Kd-1/2
式中，σ0和K是与材料有关的常数。在晶粒细化阶段，细化晶粒可使晶界增加，位错运动受阻，缠结形成位错胞，且渗碳体片层的弯曲也会阻碍位错运动，材料的抗拉强度随着位错密度的增大而迅速提高，但由于晶粒细化，晶粒间易协调变形，使得塑性降低较小。
（2）位错强化。应变量较大时，位错产生大量堆积，应力集中较为明显，会切断渗碳体片层，从而使渗碳体发生断裂，同时位错密度也将减小，但此时伴随着纳米晶的出现。随着应变量的增大，渗碳体发生溶解，纳米晶的数量增大，这种非晶态和弥散分布的渗碳体颗粒对位错运动产生阻碍作用，从而提高钢丝强度。因此抗拉强度不会随着位错密度的减小而降低。
（3）残余应力强化。由于铁素体相和渗碳体相具有不同的晶体结构和弹性模量，在两相共同变形过程中，将产生一定的残余应力，从而阻碍位错运动，使材料得以强化。
（4）间隙固溶强化。渗碳体溶解之后，由于拉拔过程中温升的作用，碳原子将扩散溶入铁素体间隙中，对钢丝产生间隙固溶强化作用。大应变珠光体钢丝变形过程中产生的高强度并不是上述几种强化机制的简单叠加，而是相互协同作用的结果。当应变量增大到一定程度时，铁素体和渗碳体都已基本转向拉拔方向。当材料拉拔过程中共同发生塑性变形时，由于铁素体和渗碳体力学性能不同，渗碳体极易发生颈缩而断裂，断裂的渗碳体将不均匀地分布在铁素体基体中，使铁素体得以强化。随着应变量的增大，逐渐被强化的铁素体和渗碳体的力学性能接近，最终两相材料可共同均匀地发生变形。
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2珠光体耐热焊接工艺试验
2.1焊接方法选择
手工电弧焊、埋弧自动焊及钨极氩弧焊等都是可供选择的焊接方法，不同焊接方法适应对象和操作要求不同，焊接人员还要根据珠光体耐热规格要求和作用性能要求等，选择合适的焊接方法。在珠光体耐热焊接试验中，主要选择钨极氩弧焊方式和手工电弧焊方式，前者主要针对底层，后者主要施加于盖面层和中间层。前者焊接方法落实中，需要将氩气冲入流管内，使焊接过程不会出现流管氧化问题。在底层焊接方式落实中，单面焊双面外型会满足要求，其根部和焊缝处的质量也会得到保证。在后者焊接中，中间层和加盖层的焊接质量也可以得到保证。
2.2焊接材料选择和管理
在焊接材料选择中，需要根据流管应用要求，选择力学性能和其它方面满足要求的材料，可供选择的材料主要有两种，其一，高铬镍奥氏体不锈钢材料。其二，参考母材，选择成分等方面一致的材料。前者在冷裂纹预防和热处理环节节省等方面具有显著优势，但其内部碳元素含量少，会对接头熔合区产生影响，使其不能保持焊接头的高温性能，这意味着熔合区容易出现开裂问题。后者可以弥补前者缺陷，使接头高温性能和抗氧化性能得到保证，这可以提升焊接质量。但是容易造成热裂纹和应力裂纹。
2.3控制预热温度和层间温度
这两种温度指标关系到焊材冷裂纹、应力裂纹预防消除效果，也与焊接接头韧性有直接关系，有效控制两种温度，焊接接头韧性会得到提升，珠光体耐热的淬硬程度会降低。在确定两种温度指标时，还要以珠光体耐热合金成分、结构拘束度为参考标准。预热温度参数需要处于高值状态，这可减少裂纹。当该温度参数高于220℃时，冷裂纹出现机率几乎为零。但该温度也不能孤高，否则会造成大片软化区，降低接头强度。该温度不能超过350℃，但也不能低于250℃，如此材料焊接质量才能得到保证。层间温度与预热温度的最大参数值一致，在最低值取值方面，层间温度则要高于预热温度，两者相差50℃。
2.4焊后热处理
在落实焊接工艺后，还要对焊材料进行热处理，使接头在高温回火的过程中，受到的应力能有效降低至零，使焊缝和热影响区的质量得到保证。在热处理中，焊接接头的韧性和硬度等性能也需要得到有效改善，如此焊接头在实际应用中才不会出现各种裂纹问题。焊后热处理工艺还需要满足相关规范要求，该规范主要通过回火试验确定。
2.5控制焊接线能量
该指标参数与焊接冷却速度有关，后者与前者呈反相关，所以该参数值如果过大，会造成焊接区域温度降低，热影响区受到温度变化影响，其晶粒也会变大，焊接头的性能都会下降。所以焊接线能量还应处于较低状态，但不能过低，否则会造成冷裂纹。最终该试验取值E=12KJ/cm。在焊接工艺试验中，焊接性能参数落实后，试验人员还要根据试验过程表现和试验结果，评定焊接工艺。试验人员需要检查焊接试样的RT级别，需要检查接头金相情况，焊接接头性能也在检验范围内。最后检验结果表明以上焊接工艺参数和性能指标等满足要求，焊接人员可以将相关的焊接工艺直接应用在实际工程中。
结束语
珠光体耐热钢的焊接难度较大，对焊前预热、焊接过程控制、焊后消氢及热处理等都有不同的限制，还要求施焊焊工具备一定的操作技能水平，遵守焊接工艺指导书中的工艺参数。只有这样，才能保证最终成形焊缝的质量满足设计施工图纸技术要求。
参考文献：
[1]张文钺.21世纪焊接材料的发展前景.焊接技术.2017，29（4）：88~89.
[2]诺里斯著.史清宇，陈志翔，王学东译.先进焊接方法与技术.北京：机械工业出版社，2010.
[3]黄向红.T91与12Cr1MoV异种钢管道焊接工艺分析及应用[J].焊管，2017，37（04）：30-33+46.
[4]刘其中.锅炉过热器换管改造T91钢焊接技术应用[J].焊接技术，2016，40（12）：57-60.
论文作者:孔繁橙
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第18期
论文发表时间:2019/11/8
标签：珠光体论文; 渗碳论文; 耐热钢论文; 钢丝论文; 耐热论文; 温度论文; 裂纹论文; 《工程管理前沿》2019年第18期论文;