T2102甲醇塔內部腐蝕開裂原因分析

劉宏偉

1.概述

甲醇塔材質為14m m厚的16MnR和3mm304L復合鋼板；焊材：E5015、E308L—16；過渡層焊材：E309—16。在使用過程中發現焊縫的熱影響區部位出現被腐蝕現象，經PT檢測發現焊縫的熱影響區部位存在大量裂紋（見圖1），現場覆膜金相分析認為是由于不銹鋼晶間腐蝕造成的。筆者對腐蝕部位取樣后進行了理化檢驗，并對腐蝕的原因進行了分析。

2.試驗方法與結果

焊縫的化學成分分析在德國SPECTROMAXX直讀光譜儀上進行，晶間腐蝕試驗采用GB/T4334—2008方法E“不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法”，金相檢查在GX51F金相顯微鏡上進行。

圖1

（1）宏觀分析 由圖1可以初步認定裂紋源從不銹鋼焊縫面的熱影響區開始，逐步滲透到碳鋼。

（2）化學成分分析 不銹鋼焊縫處化學成分如表1所示，過渡層化學成分如表2所示，可見化學成分均達到GB/T983標準要求。

（3）晶間腐蝕試驗 試驗采用GB/T4334—2008方法E“不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法”，試樣經加熱至650℃、保溫2h空冷的敏化處理后，在硫酸-硫酸銅溶液微沸狀態下16h，經彎曲后在10倍放大鏡下觀察未發現因晶間腐蝕產生的裂紋，彎曲試樣如圖2所示。

表1 不銹鋼焊縫處化學成分（質量分數） （%）

表2 過渡層化學成分（質量分數） （%）

（4）金相檢測 在裂紋處的橫向、縱向分別取樣，磨拋后經王水和4%硝酸酒精溶液分別侵蝕后，橫斷面顯微組織（200×）為奧氏體和鐵素體，為正常組織，裂紋處未見沿晶間發展（見圖3、圖4）。縱斷面顯微組織（200×）：不銹鋼覆層和過渡層為奧氏體+鐵素體，基體為鐵素體+珠光體+少量貝氏體，為正常組織（見圖5、圖6），但在沿著熔合線處基體浮出并污染到不銹鋼表面（見圖7、圖8），而表面裂紋源就是由此產生（見圖3）。

3.分析與討論

在對甲醇塔出現的裂紋處進行的理化檢測（金相組織、晶間腐蝕、化學分析等）可看出，塔體所用材料（母材和焊材）均符合標準要求，晶間腐蝕試驗也未見有晶間腐蝕傾向，微觀組織也是正常焊接后組織，裂紋處未見沿晶間發展，因此，可以排除是由于晶間腐蝕所造成。但焊接中造成基體（低合金鋼）浮出污染到覆層不銹鋼表面，從而會使焊縫被污染的覆層處先被腐蝕而開裂，進而造成塔體由于應力作用而大面積開裂現象（見圖9）。從現有的情況認為裂紋只局限于焊縫周圍（焊縫原有寬度為22mm左右），依據此分析制定了焊補措施。

圖2

圖3 橫斷面顯微組織（200×）

圖4 橫斷面顯微組織（200×）

圖5 復層不銹鋼（200×）

圖6 過渡層與基體（200×）

圖7 縱斷面基體浮出

圖8 縱斷面基體浮出（200×）

圖9

4.焊補措施

通過上述分析，采取以下焊接修復要求及工藝，完成對裂紋的修復。

（1）原塔體補焊 采用焊條電弧焊（SMAW），基層選用φ3.2mm的J507焊條，過渡層選用φ3.2mm的E309—16焊條，蓋面層選用φ3.2mm的E308L—16焊條，焊前將焊條按規定進行烘烤，隨用隨取。

用滲透探傷確定裂紋位置及長度，然后用砂輪打磨的方法清除裂紋，先從裂紋兩端開始打磨，把有缺陷位置打磨成U形槽，再進行滲透探傷檢測裂紋是否完全被清除，直到確認被清除后方可施焊。

每層焊完后必須用滲透探傷檢查是否有裂紋，然后方可繼續施焊，避免新的裂紋產生。為了減少熔合比，焊接過程要小電流，快速焊，短弧操作，盡量不擺動焊條，不連續施焊，嚴格控制層間溫度≤100℃，層間清渣要徹底，焊接層數依據裂紋深度確定。

基層焊完后用砂輪打磨干凈進行滲透探傷檢查，合格后方可進行過渡層及覆層的焊接，過渡層及覆層的焊接如基層。覆層焊完打磨與覆層母材平齊并進行滲透探傷檢查合格，最后進行射線探傷檢查。焊接參數如表3所示。

（2）補貼不銹鋼鋼板 為了保證使用，防止出現仍有基層浮出污染覆層現象，增加了一項措施即沿焊縫處補貼一層寬度為60mm，厚度為3mm的304L不銹鋼板，如圖10所示，焊接簡圖如圖11所示，焊接參數如表4所示。

焊接前清除坡口兩側20～25mm范圍內的鐵銹、水分、毛刺和油污等，層間清理干凈，焊前將焊條按規定進行烘烤，隨用隨取，層間溫度≤150℃，焊后進行外觀檢查、滲透檢查。

表3 焊接參數

表4 焊接參數

圖10

5.結論

通過對裂紋產生原因分析，排除了現場覆膜金相分析判斷即裂紋是因不銹鋼晶間腐蝕造成，認為裂紋的出現是由于焊接時過渡層未完全覆蓋基層（低合金鋼）金屬，故使得基層浮出污染覆層，污染處先被腐蝕，進而造成塔體焊縫沿熱影響區延伸開裂現象。采取焊補措施經過滲透檢查，該甲醇塔經近一年的運行情況，認為此方法是可行的。20140318

圖11