TP347不銹鋼焊后穩(wěn)定化熱處理工藝

王慶暉，田波清

（中國石油天然氣第一建設(shè)公司，河南洛陽471023）

TP347不銹鋼焊后穩(wěn)定化熱處理工藝

王慶暉，田波清

（中國石油天然氣第一建設(shè)公司，河南洛陽471023）

為防止TP347材料焊縫晶界貧鉻現(xiàn)象發(fā)生，要求對(duì)焊接接頭進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理。在相同焊接工藝條件下，對(duì)TP347不銹鋼管材焊接接頭采用不同的穩(wěn)定化熱處理工藝，并取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)和晶間腐蝕性能試驗(yàn)。對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探討不同工藝條件下各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)的優(yōu)劣，對(duì)適用于TP347不銹鋼焊后穩(wěn)定化熱處理工藝提出指導(dǎo)性建議。

TP347；不銹鋼；穩(wěn)定化熱處理

0　前言

TP347材料具有良好的高溫耐氧化、耐磨、耐蝕和熱穩(wěn)定性，而被廣泛應(yīng)用于電力、石化等行業(yè)。為防止晶界貧鉻，保證焊接接頭具有良好的抗腐蝕，降低焊縫殘余焊接應(yīng)力水平，施工規(guī)范和設(shè)計(jì)文件常要求對(duì)焊接接頭進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理。

施工工作中通常涉及的穩(wěn)定化熱處理工藝要求有以下三種：

（1）熱處理加熱溫度在300℃以下，不控制加熱速度；300℃以上時(shí)，不得超過5 000℃/T（T為母材厚度），且不大于220℃/h，不低于50℃/h，溫度升至850℃～900℃，根據(jù)管道壁厚恒溫1～4h，然后空冷[1]。

（2）設(shè)計(jì)文件規(guī)定，熱處理加熱溫度在300℃以下時(shí)，適當(dāng)控制升溫速度；加熱溫度在300℃以上時(shí)，以100～200℃/h升溫速度升至900℃±25℃，恒溫時(shí)間不少于1 h，再以100～200℃/h的冷卻速度降至300℃，300℃以下自然冷卻。

（3）設(shè)計(jì)文件規(guī)定，管道設(shè)計(jì)溫度350℃以上含有穩(wěn)定化元素的不銹鋼TP347、TP321等焊后需要進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理，穩(wěn)定化溫度875℃～900℃，25～50 mm壁厚保溫2 h以上，空冷。

但是，施工過程中TP347材質(zhì)管道焊縫經(jīng)過穩(wěn)定化熱處理后，部分焊縫出現(xiàn)裂紋，且隨著壁厚的增加，裂紋程度越嚴(yán)重。如何選擇及執(zhí)行該材料的焊后穩(wěn)定化熱處理工藝給技術(shù)人員帶來困難。在此從實(shí)驗(yàn)入手，探討不同焊后穩(wěn)定化熱處理工藝對(duì)焊接接頭力學(xué)性能及抗晶間腐蝕能力的影響，為焊后穩(wěn)定化熱處理工藝的選擇實(shí)施提供幫助。

1　材料特性分析

TP347為ASME標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)，在ASMEⅨ中歸類為P-No.8，相當(dāng)于我國06Cr18Ni11Nb，具有良好的耐高溫、耐腐蝕性能，該材質(zhì)基于304不銹鋼添加穩(wěn)定化元素Nb，是一種含鈮奧氏體不銹鋼。文獻(xiàn)[2]顯示，含鈦或含鈮的奧氏體不銹鋼在經(jīng)過穩(wěn)定化熱處理時(shí)，可在Cr23C6形成前優(yōu)先形成鈦或鈮的碳化物，即使再經(jīng)過易析出Cr23C6的敏化溫度區(qū)間（850℃～ 450℃）時(shí)也不會(huì)沿晶界大量析出Cr23C6，從而提高材料的抗晶間腐蝕能力，降低晶間腐蝕的可能性。

2　焊接工藝及焊后穩(wěn)定化熱處理工藝實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選用相同爐批號(hào)、同規(guī)格TP347管材進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，規(guī)格φ406.4 mm×40.49 mm。選用涂層焊絲TGF347進(jìn)行底層焊接，CHS137R焊條填充、蓋面，焊接工藝參數(shù)如表1所示，三種穩(wěn)定化焊后工藝參數(shù)如表2所示。

表1　焊接工藝參數(shù)

表2　TP347奧氏體不銹鋼焊后穩(wěn)定化熱處理工藝

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)三種工藝的試件依據(jù)NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行拉伸、彎曲實(shí)驗(yàn)，依據(jù)G B/T 4334-2008《不銹鋼晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)方法E法》進(jìn)行晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)，三種焊后穩(wěn)定化熱處理工藝試樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求。同時(shí)進(jìn)行金相檢測(cè)對(duì)比分析，均未發(fā)現(xiàn)碳化物。

拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4，晶間腐蝕試驗(yàn)和微觀金相測(cè)試如圖1～圖3所示。

表3　拉伸試驗(yàn)

表4　彎曲試驗(yàn)

通過力學(xué)性能試驗(yàn)、晶間腐蝕試驗(yàn)及微觀金相測(cè)試結(jié)果分析，三組結(jié)果均為合格，但不盡相同，主要體現(xiàn)在：

（1）未進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理的試樣，其力學(xué)性能結(jié)果為焊接接頭抗拉強(qiáng)度高于經(jīng)過穩(wěn)定化熱處理的兩組試樣。（2）兩種穩(wěn)定化熱處理工藝和不進(jìn)行熱處理，晶間腐蝕試驗(yàn)均合格。（3）三組試樣金相組織顯示，QZ1401、QZ1401A和QZ1401B焊縫金相組織均為樹枝狀?yuàn)W氏體+δ鐵素體，未發(fā)現(xiàn)碳化物。

4　應(yīng)用及結(jié)論

中化某裝置蠟油加氫裂化裝置的TP347管道焊縫，根據(jù)管道壁厚34mm（含34mm）以上及34mm以下管道分別采用工藝1和工藝2，解決了厚壁TP347管道焊縫熱處理后開裂難題，裝置運(yùn)行至今一年多，尚未出現(xiàn)問題，證明了工藝的可行性，采用焊后穩(wěn)定化熱處理工藝可為類似工程項(xiàng)目提供借鑒依據(jù)。

圖1　QZ1401焊縫金相組織

圖2　QZ1401A焊縫金相組織

圖3　QZ1401B焊縫金相組織

由試驗(yàn)結(jié)果可知，穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼TP347焊后采用常用穩(wěn)定化熱處理工藝或不進(jìn)行熱處理，焊縫接頭均能滿足材料的性能要求，未進(jìn)行焊后穩(wěn)定化熱處理的焊縫組織力學(xué)性能更優(yōu)。設(shè)計(jì)、業(yè)主單位和施工單位可根據(jù)材料的應(yīng)用性能和施工效率、施工成本等多方面的實(shí)際要求綜合考慮，確定TP347鋼的焊后熱處理工藝。

[1]SH/T3523-2009.石油化工鉻鎳不銹鋼、鐵鎳合金和鎳合金焊接規(guī)程[S].

[2]崔克清.安全工程大辭典[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995.

Post weld stabilization heat treatment process of stainless steel TP347

WANG Qinghui，TIAN Boqing
（China Petroleum First Construction Corporation，Luoyang 471023，China）

In order to avoid the phenomenon of grain boundary chromium depletion in weld metal of stainless steel TP347，often give a stabilization heat treatment to those welded joints.In this article，under the condition of the same welding process，adopt different stabilization heat treatment process to these welded joints of stainless steel TP347，and take coupons from these welded joints for mechanical properties test and intergranular corrosion test.Analyze the results of comparative tests under the different stabilization heat treatment processes，then give advice for stabilization heat treatment which suitable for stainless steel TP347.

TP347；stainless steel；stabilizing heat treatment

TG441.8

B

1001－2303（2016）04－0118-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.04.25

2015-12-30

王慶暉（1970—），男，河南宜陽人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事焊接技術(shù)管理工作。