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摘 要：本文针对铬钼合金钢管的缺陷，重点从铬钼合金钢回火脆性的分类、产生等方面分析其产生裂纹的主要原因，阐述了铬钼合金钢管焊接防止回火脆性的控制措施。
关键词：铬钼合金钢 回火脆性
铬钼合金钢管具有耐高温、防腐蚀的性能。目前，石化装置常用的铬钼合金钢管主要是1Cr5Mo、15CrMo、1Cr9Mo等材质，用于加热炉炉管、反应分离器进出口、中高压蒸汽等高温高压部位工艺管线。受工作温度的影响，石化装置中的铬钼合金钢管由于回火脆性产生裂纹，将对铬钼合金钢工艺管道安全运行、甚至整套装置的安全运行造成严重影响。
一、铬钼合金钢管的焊接缺陷
铬钼合金钢的焊接性较差，焊接后在焊接接头及热影响区等部位会出现冷裂纹、再热裂纹、回火脆性等缺陷，因此焊接时应注意采取相关措施进行质量控制。
1.耐热钢有较大的冷裂倾向
耐热钢中的铬、钼等合金元素大大提高了耐热钢的淬硬性，在常规的焊接条件下极易产生冷裂紋。由于冷裂纹产生于焊接之后的冷却过程或冷却以后，所以又称为延迟裂纹。焊接接头的裂纹一般产生于焊缝或热影响区，形成裂纹的温度在200~300℃以下。耐热钢在焊接过程中，不能用过小的焊接线能量，应有合适的预热、保持层间温度、后热和焊后热处理等措施，主要是为了防止在焊缝或热影响区产生冷裂纹。
2.耐热钢有再热裂纹倾向
再热裂纹是焊接接头焊后再加热（特别是在500~700℃的危险温度区间）过程产生的裂纹，其加热过程可以是焊后热处理，也可以是在高温中长期使用或其它形式的焊后再加热。低合金耐热钢焊接接头再热裂纹是由于钢中碳化物形成元素钒、钛、铌在再加热过程中沉淀相晶内析出使晶内二次硬化；晶间杂质析集使晶界弱化。防止再热裂纹，就要控制母材和焊材的钒、钛、铌含量，选用高温塑性优于母材的焊材，采用低线能量焊接，减小热影响区的宽度和过热程度，细化晶粒；选择合理的热处理工艺，减少在危险温度区间停留，合理设计焊接接头，减小焊缝余高，避免咬边，减小应力集中。
3.回火脆性
低合金耐热钢及其焊接接头在350～500℃温度区间长期运行过程中，发生剧烈脆变的现象就是回火脆性。要防止产生回火脆性，关键是控制钢管母材中有脆化倾向的元素的含量，防止杂质对钢管焊接性能的影响。此外，在焊接时通过采用较小的焊接线能量、较低的预热温度和层间温度、焊后热处理选择合理的参数，都可以避免回火脆性的产生。
二、铬钼合金钢钢管的回火脆性分析
1.生产中存在的问题
在蜡油加氢、加氢裂化等生产装置中，个别15CrMo、1Cr9Mo材质的工艺管道先后出现了裂纹，而且出现裂纹的工艺管道都是处于400℃左右的工作温度。由于裂纹主要出现在钢管母材上，而耐热钢冷裂纹和再热裂纹主要出现焊缝或热影响区上，基本上可以排除属于冷裂纹和再热裂纹的判断。根据产生裂纹的工艺管道的工作温度范围恰好与产生回火脆性的温度相同，以及产生裂纹的部位，可以初步判断是由于钢管长期在400℃左右的温度范围运行，产生了回火脆性引发裂纹的产生。
2.回火脆性的分类
根据回火脆性的脆化温度，可将回火脆性分为三种：
第一种为低温回火脆性。是指淬火组织在250~350℃回火时出现的不可逆脆化，在碳钢、合金钢中都有可能发生。不管保温多长时间，都不会重新产生回火脆性，所以又称为一次回火脆性。
第二种为高温回火脆性。是指对钢材加热至375~575℃时出现的可逆脆化，当钢材加热至600℃以上时脆性消失，当钢材冷却至375~575℃时又重新产生脆化，所以称为二次回火脆性或可塑回火脆性。
第三种为再热脆性或组织改变的回火脆性。主要是指钢材在650℃以上的高温下，由于过度回火而产生的脆化，也成为消除应力回火脆性，属于不可逆脆化。
通常所说的回火脆性，指的是上述第二种，即高温回火脆性，也称475℃脆性。
3.影响回火脆性的原因和防止措施
高温回火脆性主要出现在含较多铁素体相的高铬钢，在475℃附近长时间加热并缓冷，可导致在常温时出现脆化现象。
钢的化学成分影响材料的脆化性，特别是锰和硅，其次是铅、锡、砷等杂质的含量增加时，脆化趋于显著。锑、磷、锡、砷等微量元素在晶界的偏析，尤其是在奥氏体晶界的偏析，是造成回火脆性的主要原因。钢的脆态和韧态，虽然在显微组织上看不出有什么差别，但在脆化钢的奥氏体晶界上，存在着微量不纯元素和某种合金元素的偏析和富集，说明了化学成分偏析对钢的脆性的影响。
回火脆性与钢或焊材中的氧、磷、硫、硅、砷、锑、锡等元素的含量有关。要控制碳的含量为0.08％；铬钼含量较低的耐热钢中硅的含量为0.15~0.35％之间。对回火脆性敏感的元素则应控制在0.1％以下，如磷含量应控制在0.012％以下，氧含量应控制在350ppm以下。
在焊接工艺上，采用较小的线能量，预热温度和层间温度≤350℃，有利于细化晶粒提高韧性。选择最佳回火参数，避免回火温度低、保温时间短而使焊缝金属韧性下降，也避免回火参数过高而碳化物沉淀和集聚而使韧性再度下降。
在热处理工艺上，对于已产生回火脆性的合金钢，加热至700℃保温1小时，控制冷却至300℃后空冷，可恢复原有的性能。
三、铬钼合金钢钢管回火脆性分析的意义
通过对铬钼合金钢钢管回火脆性的分析，掌握产生回火脆性的关键原因，在石油化工装置压力管道施工技术管理中具有重要的指导性作用。特别是铬钼合金钢钢管的应用越来越广泛，充分认识铬钼合金钢钢管回火脆性的规律，在材料检验、焊接工艺和焊后热处理等施工过程中采取有效措施防止铬钼合金钢钢管回火脆性缺陷的发生，有利于加强铬钼合金钢钢管焊接的质量控制，确保工艺管线和生产装置安全、稳定、长周期运行。
参考文献
[1]《钢铁材料手册》总编辑委员会编著《钢铁材料手册第6卷耐热钢》，中国标准出版社，2001年5月.
[2]凌星中程绪贤编著《石油化工厂设备检修手册第二分册焊接》，中国石化出版社，2000年3月.
[3]徐淼主编《焊工简明速查手册》，国防工业出版社，2010年5月.
关键词：铬钼合金钢 回火脆性
铬钼合金钢管具有耐高温、防腐蚀的性能。目前，石化装置常用的铬钼合金钢管主要是1Cr5Mo、15CrMo、1Cr9Mo等材质，用于加热炉炉管、反应分离器进出口、中高压蒸汽等高温高压部位工艺管线。受工作温度的影响，石化装置中的铬钼合金钢管由于回火脆性产生裂纹，将对铬钼合金钢工艺管道安全运行、甚至整套装置的安全运行造成严重影响。
一、铬钼合金钢管的焊接缺陷
铬钼合金钢的焊接性较差，焊接后在焊接接头及热影响区等部位会出现冷裂纹、再热裂纹、回火脆性等缺陷，因此焊接时应注意采取相关措施进行质量控制。
1.耐热钢有较大的冷裂倾向
耐热钢中的铬、钼等合金元素大大提高了耐热钢的淬硬性，在常规的焊接条件下极易产生冷裂紋。由于冷裂纹产生于焊接之后的冷却过程或冷却以后，所以又称为延迟裂纹。焊接接头的裂纹一般产生于焊缝或热影响区，形成裂纹的温度在200~300℃以下。耐热钢在焊接过程中，不能用过小的焊接线能量，应有合适的预热、保持层间温度、后热和焊后热处理等措施，主要是为了防止在焊缝或热影响区产生冷裂纹。
2.耐热钢有再热裂纹倾向
再热裂纹是焊接接头焊后再加热（特别是在500~700℃的危险温度区间）过程产生的裂纹，其加热过程可以是焊后热处理，也可以是在高温中长期使用或其它形式的焊后再加热。低合金耐热钢焊接接头再热裂纹是由于钢中碳化物形成元素钒、钛、铌在再加热过程中沉淀相晶内析出使晶内二次硬化；晶间杂质析集使晶界弱化。防止再热裂纹，就要控制母材和焊材的钒、钛、铌含量，选用高温塑性优于母材的焊材，采用低线能量焊接，减小热影响区的宽度和过热程度，细化晶粒；选择合理的热处理工艺，减少在危险温度区间停留，合理设计焊接接头，减小焊缝余高，避免咬边，减小应力集中。
3.回火脆性
低合金耐热钢及其焊接接头在350～500℃温度区间长期运行过程中，发生剧烈脆变的现象就是回火脆性。要防止产生回火脆性，关键是控制钢管母材中有脆化倾向的元素的含量，防止杂质对钢管焊接性能的影响。此外，在焊接时通过采用较小的焊接线能量、较低的预热温度和层间温度、焊后热处理选择合理的参数，都可以避免回火脆性的产生。
二、铬钼合金钢钢管的回火脆性分析
1.生产中存在的问题
在蜡油加氢、加氢裂化等生产装置中，个别15CrMo、1Cr9Mo材质的工艺管道先后出现了裂纹，而且出现裂纹的工艺管道都是处于400℃左右的工作温度。由于裂纹主要出现在钢管母材上，而耐热钢冷裂纹和再热裂纹主要出现焊缝或热影响区上，基本上可以排除属于冷裂纹和再热裂纹的判断。根据产生裂纹的工艺管道的工作温度范围恰好与产生回火脆性的温度相同，以及产生裂纹的部位，可以初步判断是由于钢管长期在400℃左右的温度范围运行，产生了回火脆性引发裂纹的产生。
2.回火脆性的分类
根据回火脆性的脆化温度，可将回火脆性分为三种：
第一种为低温回火脆性。是指淬火组织在250~350℃回火时出现的不可逆脆化，在碳钢、合金钢中都有可能发生。不管保温多长时间，都不会重新产生回火脆性，所以又称为一次回火脆性。
第二种为高温回火脆性。是指对钢材加热至375~575℃时出现的可逆脆化，当钢材加热至600℃以上时脆性消失，当钢材冷却至375~575℃时又重新产生脆化，所以称为二次回火脆性或可塑回火脆性。
第三种为再热脆性或组织改变的回火脆性。主要是指钢材在650℃以上的高温下，由于过度回火而产生的脆化，也成为消除应力回火脆性，属于不可逆脆化。
通常所说的回火脆性，指的是上述第二种，即高温回火脆性，也称475℃脆性。
3.影响回火脆性的原因和防止措施
高温回火脆性主要出现在含较多铁素体相的高铬钢，在475℃附近长时间加热并缓冷，可导致在常温时出现脆化现象。
钢的化学成分影响材料的脆化性，特别是锰和硅，其次是铅、锡、砷等杂质的含量增加时，脆化趋于显著。锑、磷、锡、砷等微量元素在晶界的偏析，尤其是在奥氏体晶界的偏析，是造成回火脆性的主要原因。钢的脆态和韧态，虽然在显微组织上看不出有什么差别，但在脆化钢的奥氏体晶界上，存在着微量不纯元素和某种合金元素的偏析和富集，说明了化学成分偏析对钢的脆性的影响。
回火脆性与钢或焊材中的氧、磷、硫、硅、砷、锑、锡等元素的含量有关。要控制碳的含量为0.08％；铬钼含量较低的耐热钢中硅的含量为0.15~0.35％之间。对回火脆性敏感的元素则应控制在0.1％以下，如磷含量应控制在0.012％以下，氧含量应控制在350ppm以下。
在焊接工艺上，采用较小的线能量，预热温度和层间温度≤350℃，有利于细化晶粒提高韧性。选择最佳回火参数，避免回火温度低、保温时间短而使焊缝金属韧性下降，也避免回火参数过高而碳化物沉淀和集聚而使韧性再度下降。
在热处理工艺上，对于已产生回火脆性的合金钢，加热至700℃保温1小时，控制冷却至300℃后空冷，可恢复原有的性能。
三、铬钼合金钢钢管回火脆性分析的意义
通过对铬钼合金钢钢管回火脆性的分析，掌握产生回火脆性的关键原因，在石油化工装置压力管道施工技术管理中具有重要的指导性作用。特别是铬钼合金钢钢管的应用越来越广泛，充分认识铬钼合金钢钢管回火脆性的规律，在材料检验、焊接工艺和焊后热处理等施工过程中采取有效措施防止铬钼合金钢钢管回火脆性缺陷的发生，有利于加强铬钼合金钢钢管焊接的质量控制，确保工艺管线和生产装置安全、稳定、长周期运行。
参考文献
[1]《钢铁材料手册》总编辑委员会编著《钢铁材料手册第6卷耐热钢》，中国标准出版社，2001年5月.
[2]凌星中程绪贤编著《石油化工厂设备检修手册第二分册焊接》，中国石化出版社，2000年3月.
[3]徐淼主编《焊工简明速查手册》，国防工业出版社，2010年5月.