抗HIC鋼在焊接施工中的注意事項分析

摘 要：對煉油裝置日益使用增多的20 HIC鋼施工中的注意要點進行分析，指出施工中應特別注意之處。

關鍵詞：20 HIC鋼；焊接工藝；無損檢測；焊接缺陷

1 背景介紹

近年來，含硫油氣田的開發以及高硫原油進口的增加，使得濕H2S的危害已經遍及整個煉油系統，對安全生產構成威脅，同時也帶來了較大的經濟損失，管道的損壞占據較大部分。一些設計院對于溫度不高，壓力較低的管線選材采用20HIC鋼，例如某套200萬噸/年的柴油加氫裝置采用20HIC鋼將近3000米。抗HIC鋼的焊接質量是十分重要的，但是有的施工單位不能深刻理解20HIC鋼的使用要求，簡單理解為就是一種碳鋼，給今后的使用過程帶來極大的隱患。下面就分析一下20HIC鋼焊接過程的注意事項。

2 硫化氫腐蝕的機理

硫化氫腐蝕是指鋼材在含水硫化氫中發生的電化學腐蝕。主要的腐蝕形式為：全面腐蝕和硫化物應力腐蝕開裂。一般有以下4 種形式：

（1）氫鼓泡（HB）

鋼材表面的水分子中產生大量的氫原子 ，氫原子向鋼材內部滲入，在缺陷部位（如夾雜、位錯、蝕坑等）聚集 ，結合成氫分子。由于分子所占的空間是原子的20倍，巨大的體積膨脹使鋼材內部產生很大的內應力，當應力達到一定的程度時就引起了界面開裂，形成氫鼓泡。其分布平行于鋼板表面。

（2）氫致開裂（HIC）

當氫原子在鋼材的內部缺陷處聚集形成小的鼓泡裂紋后，隨著內部氫分子的壓力增高，小裂紋趨向于相互連接形成有階梯狀特征的氫致開裂。氫致開裂裂紋分布平行于軋制方向。

（3）硫化物應力腐蝕開裂（SSCC）

氫原子滲入鋼材內部溶解于晶格中產生脆性，在外加應力的作用下形成開裂。

（4）應力導向氫致開裂（SOHIC）

在應力引導下 ，在夾雜物與缺陷處聚集的氫分子形成的小裂紋，沿著垂直于應力的方向發展。

一般而言，熱軋態的管線鋼是制管的母材，需要進行HB、HIC和SSCC 3項檢驗。

（7）母材焊縫及熱影響區的硬度不超過200HB，且焊縫及熱影響區的硬度不超過母材的120%；

（8）母材和焊縫表面不得有深度大于0.5mm的尖銳缺陷存在。

4 焊接施工

對于20 HIC材料，焊接施工除去常規的要求外，還應滿足下列要求：

（1）材料檢驗

要滿足抗HIC的要求，材料的質量是重要的源頭因素，用于抗HIC鋼管道的材料都要按照法律法規、材料標準和訂貨合同（協議）的要求進行嚴格的驗收。

材料的生產單位必須按照相應標準規定提供質量證明文件，質量證明文件的內容必須齊全、清晰，必須是由獨立于生產車間的質檢部門出具。對從事金屬材料的工作人員必須掌握標準或合同的有關內容。材料的檢驗可以包括以下內容：包裝檢驗、標志檢驗、規格尺寸的檢驗、數量的檢驗、表面質量檢驗、力學性能檢驗、化學成分檢驗等。對質量證明文件的審查是關鍵，可以查閱質量證明文件上的包括力學性能、化學成分、供需雙方協議等具體數據，來驗證材料是否符合設計要求。

對于抗HIC鋼管道用材料，對硫、磷、錳等元素含量提出了更加嚴格的要求，在使用前進行化學成分的抽查檢驗是必要的，一般的半定量和全定量光譜分析儀由于精度問題，在此是不適用的，工程中采用化學成分分析的方法是合適的。

（2）焊材選擇

市場上許多焊接材料都號稱是抗HIC焊材，但通過幾年的實踐，大西洋公司生產的CHE427SH焊條配合CHG-SH焊絲進行氬電聯焊是合適的。

CHE427SH是低氫鈉型藥皮的低S、P碳鋼焊條，用于焊接低強度要求的碳鋼和低合金鋼。如20#（HIC）和A106B（HIC）等，采用直流電源，焊接工藝性能良好，可進行全位置焊接，焊縫金屬具有強度低、韌性高和抗裂性能好等特點。采用這一配合獲得的焊接接頭熔敷金屬性能如表1、表2。

從表中可以看出，獲得的焊接接頭性能完全符合設計要求。

（3）焊接及熱處理

上述焊接材料要求須經350～380℃烘焙1～2小時，隨烘隨用，焊前必須對焊件清除油、銹、水分等雜質，使用時采用短弧操作，窄道焊方法。

抗HIC鋼的焊接接頭抗硫化氫腐蝕能力隨著接頭硬度的提高而下降，當硬度低于200HB時，焊接接頭對HIC不敏感，所以保證焊接接頭的硬度是十分重要的。

焊接熱輸入在一定的范圍內對焊接接頭的抗 HIC 能力影響不大。但是，當焊接熱輸入增大到一定程度時，焊縫抗HIC能力變差，這主要是由于焊接熱輸入增大后，焊縫組織變粗，性能降低，尤其是焊縫組織中的夾雜物隨著焊接熱輸入的增大而長大，導致了焊縫抗HIC能力的下降。在產生制作過程中，將焊接熱輸入控制在評定合格的焊接熱輸入的（-10%，+20%）的范圍內是合適的，因為低溫沖擊韌性并不是最大的問題，而是焊接接頭的硬度。

焊接抗HIC鋼時，一般采用焊前預熱+中等熱輸入進行，焊接接頭進行焊后熱處理，以保證焊接接頭的韌性和降低焊接接頭的硬度（HB≤200）。通常，對于20 HIC材料，厚度 25mm 以上焊前應至少預熱100～120℃以上。

由于電弧擦傷會在鋼材表面留下硬度很高的點，設備最終熱處理后，絕對不要在設備表面引弧（尤其是接觸介質的表面）。焊縫中的夾渣和氣孔等是易于引起HIC和SCC的缺陷，也應引起我們足夠的重視。

（4）無損檢測

對于20 HIC材料的無損檢測，尤其是射線檢測，除去常規的要求外，還應特別注意在上述設計要求的第8項“母材和焊縫表面不得有深度大于0.5mm的尖銳缺陷存在”，這個規定明顯高于JB/T4730.2-2005 《承壓設備無損檢測第2部分：射線檢測》的評判要求，要特別引起重視，尤其是缺陷位于管道焊縫內測時，要及時發現，及時判廢。由于射線檢測評片人員不一定知道抗 HIC鋼這一特殊要求，所以要及時通知評片人員，以免造成大面積返修或者將缺陷留到工程中。

5 結束語

抗HIC鋼的使用降低了石化行業由于硫化氫造成的損失，但對于20 HIC鋼的焊接要注意其特殊的規定和要求，才能獲得綜合性能優良的焊接接頭。

作者簡介：李建強（1973-），男，天津濱海新區人，職稱：高級工程師，學歷：本科，主要研究方向：焊接工藝。