• 1.等热强性 • 焊接接头应具有与母材金属基本相等的室温强度和高温强度。
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5.1 认识耐热钢
• 2.焊接接头的抗氢性和抗氧化性 • 耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的抗氢性和抗高温氧化性，为
此焊缝金属的主要合金成分应与母材基本一致。 • 3.焊接接头组织的稳定性 • 耐热钢焊接接头在制造和使用过程中，长期受到高温、高压的作用，
第5章 耐热钢的焊接
• 5.1 认识耐热钢 • 5.2 低合金耐热钢的焊接 • 5.3 中合金耐热钢的焊接
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5.1 认识耐热钢
• 一、耐热钢的类型、性能及应用范围
• (一)对耐热钢的性能要求 • 耐热钢的种类见图5-1。耐热钢最基本的特性是要求具有高温化学稳
定性和优良的高温力学性能。 • 1.高温化学稳定性 • 高温化学稳定性主要是指高温抗氧化性，主要取决于钢中的化学成分，
• 常用的低合金耐热钢的合金系统有Cr-Mo、Mn-Mo和Cr-Mo及多元合 金系统，按碳的质量分数可分为低碳低合金耐热钢和中碳低合金耐热 钢，工程上使用较多的是低碳低合金耐热钢。按合金化方式可将低碳 低合金耐热钢分为以下三类。
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5.2 低合金耐热钢的焊接
• (1) Mo钢Mo钢是最早使用的低合金耐热钢，Mo的质量分数为0. 5 %Mo的主要作用是固溶强化，提高钢的热强性。这类钢使用温度超 过450℃后，容易产生石墨化问题( Fe3C->3Fe + C)，使钢的强度降 低。故这类钢现在应用很少。
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5.1 认识耐热钢
• 在不同的运行条件下，各种耐热钢允许最高工作温度见表5-1。
• 二、对耐热钢焊接接头性能的基本要求
• 对耐热钢焊接接头性能的基本要求取决于所焊设备的运行条件、制造 工艺过程和焊接结构的复杂性。为保证耐热钢焊接结构在高温、高压 和各种腐蚀介质条件下长期安全的运行，除了满足常温力学性能要求 外，最重要的是必须具有足够的高温性能，具体要求如下。
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5.2 低合金耐热钢的焊接
• 常用低合金耐热钢的牌号及化学成分见表5 -2，力学性能见表5-3。
• 二、低合金耐热钢的焊接性
• 低合金耐热钢在焊接中出现的问题与低碳调质钢相似，主要问题是焊 缝及热影响区淬硬与冷裂纹敏感性、热影响区的软化;大多数低合金 耐热钢，因含有Cr、Mo、V、Nb和Ti等强碳化物形成元素，从而使 接头的过热区具有不同程度的再热裂纹倾向及明显的回火脆性。
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5.1 认识耐热钢
• (二)耐热钢的应用范围 • 耐热钢广泛用于石油化工工业中的高温管线、反应塔和加热炉、热电
站的锅炉和汽轮机、汽车和船舶的内燃机、航空航天工业的喷气发动 机、核能动力装置等高温装置。 • 正确地选用耐热钢种对于保证高温高压设备长期工作的可靠性和经济 性具有头等重要的意义，为此应综合考虑下列因素:①常温和高温短 时强度;②高温持久强度和蠕变强度;③耐蚀性、抗氢能力和抗氧化性; ④高温脆化;⑤可加工性，包括冷、热成形性能，热切割性和焊接性; ⑥成本。 • 在要求抗氧化和高温强度的运行条件下，各种典型耐热钢的极限工作 温度如图5-2所示。
原子的扩散能力增强，要求焊接接头不应产生明显的组织变化，以及 由此引起的脆变或软化等性能变化。 • 4.焊接接头的物理均一性 • 耐热钢焊接接头应具有与母材基本相同的物理性能，特别是热膨胀系 数和热导率应大致相当。否则在高温使用过程中，在焊接接头的界面 处因产生的附加热应力而造成接头早期破坏。
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两个方面。材料在高温条件下长时间工作，原子扩散能力增强，晶界 强度降低，有可能使材料在远低于屈服应力时，连续缓慢地产生塑性 变形，并在远低于抗拉强度的应力下断裂。为了提高热强性，采取的 主要措施如下。 • ①利用Mo、W固溶强化，提高原子间结合力。 • ②形成稳定的第二相，主要是碳化物相(WC等)。因此为提高热强性， 希望适当提高碳的质量分数，如能同时加入强碳化物形成元素Nb、V 等就更为有效。 • ③减少晶界和强化晶界，如加入微量的合金元素B 、RE等。
5.2 低合金耐热钢的焊接
• 一、低合金耐热钢的成分与性能特点
• 低合金耐热钢是以Cr, Mo为主要合金Байду номын сангаас素的一类合金钢，其室温组 织以珠光体为主，因此又称为珠光体耐热钢。一般情况下，铬的质量 分数在0. 5 %~9% ,钥的质量分数为0. 5%或1%，随着使用温度的提 高，钢中还加入V、W、Nb、Ti、B等微量合金元素，进一步提高热 强性。合金元素总的质量分数小于13%。
Cr、Al、Si等可提高钢的抗氧化性。Cr是提高抗氧化性的主要元素， 能在钢材表面形成致密完整的氧化膜。试验表明:在650℃、850℃、 950℃、1 100℃条件下，要满足抗氧化性要求，则钢中铬的质量分数 要分别达到5%、12%、20%和28。
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5.1 认识耐热钢
• 2.高温力学性能 • 高温力学性能主要是指热强性，热强性包括高温蠕变极限和持久强度
• (2) Cr-Mo钢为了改善Mo钢的石墨化问题，提高钢的组织稳定性，进 而提高热强性，在Mo钢中加入一定量的Cr, Cr能使碳化物具有一定 的热稳定性，阻止石墨化。Cr-Mo钢的使用温度可以提高到550 ℃。
• (3)多元复合合金化的低合金耐热钢这类钢除固溶强化外，钢中加入 了V, Ti, B等微量元素进行时效强化和晶界强化，进一步提高钢的热 强性和高温组织的稳定性。其合金系统有Cr-Mo-V、Cr-Mo-W-V、 Cr-Mo-W-V-B和Cr-Mo-V-Ti-B等。
• 1.热影响区淬硬性及冷裂纹 • 低合金耐热钢中的Cr和Mo都能显著提高钢的淬硬性，Mo的作用比Cr
的约多50倍。
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5.2 低合金耐热钢的焊接
• 它们延迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性。在 焊接线能量过小时，易出现淬硬组织。含铬量越高，冷却速度越快， 接头最高硬度越大，在热影响区上可达400 HBW以上，将显著地增 加焊接接头冷裂纹敏感性。
• 2.消除应力裂纹(再热裂纹)倾向 • 低合金耐热钢消除应力裂纹倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特