抗氫Cr-Mo鋼熱低壓分離器關(guān)鍵制造工藝技術(shù)分析

柴智剛(天津市瀚洋金屬設(shè)備有限公司,天津　300353)

抗氫Cr-Mo鋼熱低壓分離器關(guān)鍵制造工藝技術(shù)分析

柴智剛(天津市瀚洋金屬設(shè)備有限公司,天津300353)

為天津石化公司制造的熱低壓分離器屬于100萬噸/乙烯項目配套煉油工程130萬噸/年蠟油加氫處理裝置，制造工藝難度較大據(jù)天津石化項目負責(zé)人介紹以往類似的設(shè)備通常是交由國內(nèi)的大型化工設(shè)備制造企業(yè)制造，能夠承接到這樣的設(shè)備我們也感受到了客戶的信任和身上的壓力。該熱低壓分離器設(shè)計壓力3.6Mpa、工作壓力3.2Mpa、設(shè)計溫度300℃工作溫度280℃殼體內(nèi)徑為Ф2800mm，材料為抗氫鋼15CrMoR（H）+ 0Cr18Ni10Ti厚度44+3mm，兩端為球形封頭，殼體重量為35.6T。本文對基層采用Cr-Mo鋼、復(fù)層采用奧氏體不銹鋼復(fù)合板材料的熱低壓分離器制造過程中的技術(shù)關(guān)鍵點進行了分析，為今后制造大型耐熱鋼容器提供了寶貴的經(jīng)驗。

抗氫鋼；冷裂紋；消氫處理；堆焊；無損檢測

1　設(shè)備制作技術(shù)關(guān)鍵點

1.1產(chǎn)生裂紋的機理級預(yù)防措施：

15CrMoR（H）為珠光體耐熱鋼，由碳當(dāng)量分析中可知該材料焊接性能較差易產(chǎn)生冷裂紋。而焊接冷裂紋一般可分為熱影響區(qū)冷裂紋和焊縫金屬冷裂紋兩種，珠光體耐熱鋼的冷裂紋一般均發(fā)生在熱影響區(qū)金屬上，但由于焊縫金屬的強度和氫含量較高的條件下，也會發(fā)生焊縫金屬冷裂紋，珠光體耐熱鋼除發(fā)生冷裂紋之外還易發(fā)生再熱裂紋，下面僅以冷裂紋為例闡述其產(chǎn)生的機理及預(yù)防措施：

1.1.1淬硬組織：珠光體耐熱鋼在焊接冷卻過程中的組織變化可以通過連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖來了解，在冷卻過程中，能獲得馬氏體組織的最低冷卻速度稱為臨界冷卻速度，超過此臨界速度將獲得淬硬的馬氏體組織，而馬氏體組織轉(zhuǎn)變過程中同時伴隨體積膨脹，由于整個焊接接頭的馬氏體轉(zhuǎn)變并非在同一瞬間完成的，這樣就引起很大的馬氏體組織應(yīng)力，當(dāng)這一應(yīng)力超過焊縫的抗拉強度時，就造成焊縫的開裂，也就是所謂的焊接冷裂紋。為了提高焊縫的機械性能首先要獲得細晶粒的熱影響區(qū)組織，為此必須盡可能動提高焊接的加熱速度，而達到此目的的方法是在焊前對母材進行預(yù)熱。為了避免出現(xiàn)過多的馬氏體組織可減少冷卻速度即延長冷卻時間，可采取后熱的方式。

1.1.2應(yīng)力：包括拘束應(yīng)力和組裝應(yīng)力，其中拘束應(yīng)力即是在焊接加熱和冷卻過程中不能自由改變形狀和尺寸產(chǎn)生的應(yīng)力，由焊接區(qū)域應(yīng)力分布可知在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)均在橫向承受拉應(yīng)力，而由于筒體在卷制時強行組裝也對焊縫區(qū)和熱影響區(qū)造成拉應(yīng)力，這樣拘束應(yīng)力，組裝應(yīng)力，以及上述的組織應(yīng)力，局部氫壓力將會疊加，尤其在焊厚板時上述應(yīng)力會更加顯著，拉應(yīng)力疊加結(jié)果超過母材的抗拉強度將會產(chǎn)生裂紋。

1.2預(yù)防措施：

①焊接材料的控制：a選用超低氫焊條；b焊條及焊劑的烘烤，保管和使用。

焊條焊劑隨著烘干溫度的提高，焊縫金屬中的含氫量明顯下降，我們將烘干溫度定位350℃，時間1小時（保溫）則焊縫金屬中將保持最低的含氫量，焊條烘干后必須放入100～150℃的烘箱內(nèi)保溫隨用隨取，實際施焊時攜帶電加熱式保溫筒且保溫筒內(nèi)溫度為80～150℃焊條及焊劑一般規(guī)定在4小時內(nèi)用完，以避免焊材在大氣中重新吸潮。

②冷卻速度控制：控制焊后冷卻速度的目的，主要在于改善熱影響區(qū)的顯微組織，同時有利于氫在焊接過程中的擴散，使焊縫金屬中的含氫量在焊件冷卻到環(huán)境溫度時大為減少.

③焊后熱處理。（熱處理溫度控制在650～700℃）焊后進行熱處理即能清除焊接殘余應(yīng)力，又能大量降低焊接接頭的氫含量，這樣可有效地防止冷裂紋的發(fā)生。

④其它：為了控制焊縫中的氫含量在施焊前應(yīng)有效地去除坡口及兩側(cè)油污，鐵銹等雜質(zhì)，另外在組隊時一定要嚴(yán)格控制下料尺寸，避免錯邊和強力組對，這樣可減少對焊縫的拉應(yīng)力，相對來說降低了產(chǎn)生裂紋的可能性。

2　焊接工藝、工藝評定的確定

2.1正式施焊以前，必須按《壓力容器焊接工藝評定》進行焊接工藝評定。對15CrMo鋼部分應(yīng)補充下列要求：

①基層常溫及高溫拉力試驗各2件，其中一個為全焊縫金屬，其軸線平行于焊縫軸線，另一個為焊接接頭，其軸線垂直于焊縫軸線。

②基層焊接接頭彎曲試驗，側(cè)彎4件。

③基層室溫夏比（V形缺口）焊接接頭沖擊試驗3套，每套3件。第一套試樣缺口開在焊縫金屬上，第二套試樣缺口開在母材上，第三套試樣缺口開在熱影響區(qū)上。

④基層-10℃夏比（V形缺口）焊接接頭沖擊試驗3套，每套3件。第一套試樣缺口開在焊縫金屬上，第二套試樣缺口開在母材上，第三套試樣缺口開在熱影響區(qū)上。

2.2壓力容器內(nèi)表面及接管法蘭密封面采用單層堆焊，堆焊層為E347型，正式堆焊前制造廠應(yīng)按JB4708《壓力容器焊接工藝評定》進行堆焊工藝評定，并符合BCEQ-9301/A1《壓力容器內(nèi)部單層堆焊技術(shù)條件》的規(guī)定。堆焊時應(yīng)當(dāng)預(yù)熱，堆焊完后應(yīng)進行中間消除應(yīng)力熱處理（ISR）或消氫處理（DHT）。評定試驗所用的母材試板焊接材料、熱處理狀態(tài)均需和產(chǎn)品制造時一致。

3　結(jié)語

在技術(shù)準(zhǔn)備階段除編寫了常規(guī)工藝之外，還特別召開了技術(shù)交底會。并安排技術(shù)過硬的鉚工、焊工負責(zé)制造，由車間主任、焊接高級技師和專職檢驗員全程配合。正是由于技術(shù)準(zhǔn)備工作充分，該Cr-Mo鋼復(fù)合板熱低壓分離器能順利制造完成，并得到了用戶的高度評價。

我公司首臺大型Cr-Mo鋼復(fù)合板熱低壓分離器的成功制造使年輕的工程技術(shù)人員得到了鍛煉，在焊接工藝評定、焊接工藝、工裝的制作、總體組裝、消氫處理和焊后整體熱處理以及無損檢測、耐壓試驗等方面為公司積累了寶貴的制造經(jīng)驗。