钒(V)的加入量(0.15–0.30 %)对12Cr1MoVG 无缝钢管的焊接性能呈“双重效应”——既提升接头高温性能,又显著抬高工艺门槛,钒(V)元素对12Cr1MoVG 无缝钢管的焊接性能有显著影响,使其焊接难度远高于不含钒的 15CrMoG 无缝钢管(哪种无缝钢管焊接更复杂,12Cr1MoVG还是15CrMoG? - 天津188金宝博销售集团有限公司),可细分为天津188金宝博销售集团有限公司精心总结的以下 4 条可量化的影响。
淬硬倾向显著增大
这是钒元素对焊接性能最关键的影响。
形成硬脆组织:钒会显著提高钢的淬透性,在焊接过程中,焊缝和热影响区(HAZ)会经历快速加热和冷却,如果没有预热,这个快速冷却过程会导致组织转变为硬而脆的马氏体。
增加冷裂风险:这种硬脆的马氏体组织对焊接残余应力和氢非常敏感,在应力、氢、硬化组织三者共同作用下,极易在焊缝内部或热影响区产生延迟性的冷裂纹,这是 12Cr1MoVG 焊接最大的风险(12Cr1MoVG无缝钢管焊接有哪些常见质量问题? - 天津188金宝博销售集团有限公司)。
碳当量 CE 由 ≈0.46(15CrMoG)升至 0.50–0.53,冷裂纹敏感指数 Pcm 从 0.22 提高到 0.26–0.28;
结果:预热温度必须≥250 ℃(厚壁/高拘束 300–350 ℃),比 15CrMoG高 100–150 ℃。
热影响区(HAZ)晶粒细化与脆化并存
析出相的影响:焊接时,钒与碳、氮结合形成碳化物和氮化物,这些析出物在焊后热处理时,需要精确控制温度和时间才能达到最佳效果。
0.15 %V 以上即可使晶粒度从 7–8 级细化到 9–10 级,常温冲击功提高 20–30 %;
但淬硬后 HAZ 硬度可达 320 HB,若无 720–760 ℃ 回火,易形成沿晶冷裂纹,硬度需控制 ≤270 HB。

回火脆性与再热裂纹窗口变窄
为了消除冷裂风险和改善组织性能,焊后热处理是必不可少的,而钒的存在使得热处理工艺更加复杂。
温度要求更高:为了消除残余应力、软化硬脆组织并恢复材料的塑性和韧性,12Cr1MoVG 的焊后热处理温度通常需要控制在715℃ ~ 745℃,这比 15CrMoG 的要求更高、更严格。
V 与 Nb、B 共同作用,使再热裂纹敏感温度区间从 580–620 ℃ 缩窄到 590–610 ℃,要求 PWHT 升降温 ≤200 ℃/h,否则易在熔合线出现 SR 裂纹。
焊材与工艺匹配要求升级
为了确保焊缝性能与母材匹配,焊材的选择必须考虑到钒元素。
专用焊材:必须使用含钒的专用焊材,如E5515-B2V焊条,以确保焊缝金属的化学成分和力学性能与母材一致,避免因成分不匹配而产生的组织性能差异。
低氢要求:钒的强淬硬作用使得钢材对氢非常敏感,因此,所选焊材必须是低氢型,并且在使用前需要进行严格的烘干处理,以从源头控制氢的含量。
必须选用含 V 的 E5515-B2V(R317V)或 ER55-B2MnV,普通 Cr-Mo 焊材强度不足;
氩弧打底推荐 H08CrMoVA,焊条烘干 350–400 ℃,层间温度 250–350 ℃,否则易出现气孔、夹渣。
总结
钒含量每增加 0.05 %,高温强度可再提 5–8 %,但对应预热温度需再提高 20–30 ℃、回火窗口再收紧 10–15 ℃;因此 12Cr1MoVG 焊接必须“高预热、窄热输入、严回火”才能发挥 V 的强化优势而不诱发裂纹。
钒元素虽然赋予了 12Cr1MoVG 钢管优异的高温强度和抗蠕变性能,但同时也使其焊接性能变得复杂(12Cr1MoVG无缝钢管焊接需要哪些特别注意的地方? - 天津188金宝博销售集团有限公司),钒的存在导致钢材淬硬倾向增强,因此在焊接时必须采取更严格的预热、使用专用低氢焊材,并进行精确的焊后热处理,以防止冷裂纹的产生,确保焊缝质量。
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