基础知识
一、耐热钢简介
在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢就是耐热钢。它包括抗氧化钢（或称高温不起皮钢）和热强钢两类。抗氧化钢一般要求有较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。
珠光体耐热钢的是以铬、钼为主要合金元素的低合金耐热钢，其供货状态（正火或正火加回火）组织是珠光体（或珠光体加铁素体），故称珠光体耐热钢。
珠光体耐热钢的特性通常用高温强度和高温抗氧化性两种指标来表示。
1.高温强度（抗热性）
衡量高温强度的指标有蠕变强度和持久强度两个。
（1）蠕变强度 蠕变是指在高温下钢的强度较低，当受到一定应力的作用时，会发生变形量随时间而逐渐增大的现象。
（2）持久强度 钢在一定温度下，经规定的时间发生断裂的应力，称为持久强度。
2.高温抗氧化性
提高钢的抗氧化性能的最有效途径是加入Cr、Si、Al等合金元素，生成Cr O2、Si O2、Al2O3非常致密的保护膜，以防止内部金属氧化。
珠光体耐热钢由于具有较高的抗氧化性和热强性，现广泛应用于制造工业温度在300℃～600℃范围内的动力发电设备。同时，珠光体耐热钢还具有良好的抗硫化物和氢的腐蚀能力，在石油、化工和其他行业部门也得到广泛的应用。
二、耐热钢的焊接性
珠光体耐热钢的焊接性与低碳调质钢相近，焊接中存在的主要问题是冷裂纹、热影响区的硬化、软化，以及焊后热处理或高温长期使用中的消除应力裂纹（SR裂纹）。如果焊接材料选择不当，焊缝中还有可能产生热裂纹。
1.热影响区硬化及冷裂纹
珠光体耐热钢中的Cr、 Mo元素能显著提高钢的淬硬性，淬硬性大的珠光体耐热钢焊接中可能出现冷裂纹，裂纹倾向一般随着钢材中Cr、Mo含量的提高而增大。当焊缝中扩散氢含量过高、焊接热输入较小时，由于淬硬组织和扩散氢的作用，常在珠光体耐热钢的焊接接头中出现冷裂纹。可采用低氢焊条和控制焊接热输入在合适的范围，加上适当的预热、后热措施，来避免产生焊接冷裂纹。
2.消除应力裂纹（SR裂纹）
珠光体耐热钢消除应力裂纹出现在焊接热影响区的粗晶区，与焊接工艺及焊接残余应力有关。这种裂纹一般在540℃～700℃的敏感温度范围形成。
防止消除应力裂纹的措施如下：
（1）采用高温塑性高于母材的焊接材料，限制母材和焊接材料的合金成分，特别是要严格限制V、Ti、Nb等合金元素的含量到最低的程度。
（2）将预热温度提高到250℃以上，层间温度控制在300℃左右。
（3）采用小热输入的焊接工艺，减小焊接过热区宽度，细化晶粒。
（4）选择合适的热处理方法、避免在敏感温度区间停留较长时间。
3.回火脆性
铬铝耐热钢及其焊接接头在350℃～500℃温度区间长期运行过程中发生脆变的现象称为回火脆性。产生回火脆性的主要原因是由于在回火脆化温度范围内长期加热后，杂质元素在奥氏体晶界偏析而引起的晶界脆化；此外，与促进回火脆化的元素Mn、Si也有关。因此，对于基体金属来说，严格控制有害杂质元素的含量，获得低回火脆性的焊缝金属要严格控制F和Si的含量，同时降低Si、Mo含量，这是解决回火脆性的有效措施。
任务实施
一、焊接方法的选择
珠光体耐热钢的焊接可选用焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、电渣焊、钨极氩弧焊等。但是，常用的焊接方法以焊条电弧焊为主，氩弧焊和电渣焊也经常应用，钨极氩弧焊用于管道生产可以实现单面焊双面成形，这种焊接方法的缺点是焊接效率低，生产中往往采用钨极氩弧焊焊接根部焊道，而填充层采用其他高效率的焊接方法，以提高生产率。低合金耐热钢的管件和棒材可采用电阻压力焊、感应加热压力焊以及电阻感应焊。这些焊接方法的优点是无须填充金属。
二、焊接材料的选用
珠光体耐热钢焊接材料的选择原则是：焊缝金属的合金成分及使用温度下的强度性能应与母材相应的指标一致，或应达到产品技术条件提出的最低性能指标。焊件如焊后需经退火、正火或热成形等热处理或热加工，应选择合金成分或强度级别较高的焊接材料。珠光体耐热钢焊接材料的选用见表9-8。
表9-8 常用珠光体耐热钢焊接材料选用
三、焊前准备
焊前准备的内容主要包括下料、坡口加工、热切割边缘和坡口面的清理以及焊接材料的预处理。一般的低合金耐热钢工件，可以采用各种热切割下料。
四、预热及焊后热处理
耐热钢的坡口加上可以采用火焰切割法，但切割边缘的淬硬层往往成为后续加工的开裂源。为了防止切割边缘开裂，厚度15 mm以上的Cr-Mo耐热钢板，切割前应预热150℃以上，切割边缘应机械加工并用磁粉探伤检查是否存在表面裂纹；厚度在15 mm以下的耐热钢板，切割前不必预热，切割边缘最好进行机械加工。
珠光体耐热钢焊接时，为了防止冷裂纹和消除热影响区硬化现象，正确选定预热温度和焊后回火温度是非常重要的。生产中必须结合具体条件，通过试验来确定预热及焊后热处理温度。预热温度的确定主要是依据钢的合金成分、接头的拘束度和焊缝金属的氢含量。
后热去氢处理是防止冷裂纹的重要措施之一。氢在珠光体中的扩散速度较慢，一般焊后加热到250℃以上，保温一定时间，可以促使氢加速逸出，降低冷裂纹的敏感性。
拓展提高
12Cr1Mo V钢管的焊接
焊接时不但要严格控制焊接规范参数，而且焊接操作对焊接接头质量有着至关重要的影响。
1.氩弧焊打底焊
将管件处于水平转动位焊接，焊接时采用短弧，焊枪尽可能与工件表面垂直，有利于氩气对焊接熔池的保护。焊枪和焊丝可稍作横向摆动，保证坡口两侧熔透。同时，要控制好熔池温度，防止产生焊穿和焊瘤缺陷。在接头部位，要用手提砂轮打磨弧坑，将弧坑处的收弧裂纹和气孔等焊接缺陷清除，然后继续引弧焊接。
2.焊条电弧焊填充焊
应采用短弧焊接，且热输入量不宜过大。若采用长弧焊接，不仅会出现电弧燃烧不稳定、熔深浅、熔化金属飞溅大及合金元素烧损加剧等问题，而且容易产生咬边、未焊透等缺陷，同时，空气中的N2、O2等有害气体易进入熔池，在焊缝中形成气孔缺陷。焊接时焊条可作小月牙形运条，在坡口两侧要停留0.5～1 s，焊接层间必须彻底清理焊渣，发现有气孔等焊接缺陷时，用手提砂轮将焊接缺陷除掉，收弧时必须将弧坑填满，以免产生弧坑裂纹。各层间的接头应错开，不得有重叠。
3.焊条电弧焊盖面焊
焊接电流比填充层稍小些，应选择正确的焊条角度，运条要均匀，防止在坡口边缘产生咬边缺陷。焊缝余高要控制在1～3 mm，避免焊接接头在使用中产生应力集中。
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