有再热裂纹倾向的常见材料

那么什么是再热裂纹？

有再热裂纹倾向的材料有哪些？





01

定义



对于某些含有沉淀强化元素的高强钢和高温合金（包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、沉淀强化的高温合金，以及某些奥氏体不锈钢），在焊后并未发出裂纹，而在热处理过程中出现了裂纹，这种裂纹称为“消除应力处理裂纹”。有些焊接结构是在一定温度条件下工作，如在500~600℃长期工作时也会产生裂纹。在工程上常把上述两种情况下产生的裂纹（消除应力过程和服役过程），统称为“再热裂纹”。



02

主要特征



1）都是发生在焊接热影响区的粗晶部位并呈晶间开裂。

2）进行消除应力处理之前焊接区存在较大的残余应力并有不同程度的应力集中。

3）产生再热裂纹存在一个最敏感的温度区间，这个区间与再热温度及再热时间有关，并随材料的不同而变化。

4）含有一定沉淀强化元素的金属材料才具有产生再热裂纹的敏感性，碳素钢和固溶强化的金属材料一般都不产生再热裂纹。



03

再热裂纹产生的机理及成因分析



根据扫描电镜以及高温金相显微镜下观察，确认再热裂纹是由于晶界的优先滑动而导致金属材料或合金的微裂形核而产生的，也就是在焊后热处理中，材料的晶界发生弱化而相对的其晶内却发生了强化。但是，对于再热裂纹产生的机理，一直存在着两种不同的看法，一种认为晶界弱化是其主要原因；而另一种则认为晶内强化是其主要成因。这也就是现有的晶界杂质析集弱化学说和晶内二次强化学说。



04

再热裂纹产生的几种解释



1 晶界杂质析集弱化作用

对一些低合金高强钢产生再热裂纹的测试中发现，钢材中的杂质在晶界析集而导致其脆化，这种现象对于再热裂纹的产生有着重要的影响。

2 晶内沉淀强化作用

铬、钼、钒、铌等元素的碳化物、氮化物，以及镍基合金的沉淀相，在一次焊接热作用下因受热而固溶，在焊后冷却进不能充分析出，而在二次加热再热处理过程中，由晶内析出这些碳、氮化物及沉淀相，从而晶内强化，这时，应力松弛所产生的变形就集中于晶界，当晶界在塑性不足时，就会产生再热裂纹。

3 蠕变断裂理论

再热过程中随着应力松弛，伴随有蠕变现象。



05

再热裂纹的影响因素及其防治



影响再热裂纹的主要因素是钢种的化学成分（直接影响粗晶区的塑性）和焊接区的残余应力（特别是应力集中部位）。

1.冶金因素

1）化学成分对再热裂纹的影响随钢种的不同而差异可根据再热裂纹敏感性判据式进行评价。

2）钢的晶粒度对再热裂纹影响是明显的，晶粒度越大，越容易产生再热裂纹。

3）焊接接头不同部位和缺口效应对再热裂纹的影响也有不同。

2.焊接工艺因素

1）焊接方法的影响

大的焊接线能量会使过热区的晶粒粗大，对于一些晶粒长大敏感的钢种，埋弧焊时再热裂纹的敏感性比手工电弧焊时大。但对一些淬硬倾向较大的钢种，手弧焊反而比埋弧焊时的再热裂纹倾向大。

2）预热及后热的影响

防止再热裂纹，必须采用更高的预热温度或配合后热才能有效。

3.选用低匹配的焊接材料

4.降低残余应力和避免应力集中





06

有再热裂纹倾向的材料



15MnVR、15MnNbR、18MnMoNbR、13MnMoNbR、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR和日本的CF-62系列钢。





小结

由于再热裂纹不是在焊接过程产生，而是在热处理或运行时产生，使再热裂纹有一定的隐蔽性，而使由再热裂纹所引发的事故具有不可预见性，进而会造成更大的损失。所以必须在压力容器的前期设计、制造、检测等各环节预先考虑到再热裂纹出现的可能，从而选择合理的方案避免再热裂纹的产生。在制造过程中，通过采用合理的方法，完全消除和预防再热裂纹的产生是可能的。

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