抗氫Cr-Mo鋼熱低壓分離器關鍵制造工藝技術分析

柴智剛(天津市瀚洋金屬設備有限公司,天津　300353)

抗氫Cr-Mo鋼熱低壓分離器關鍵制造工藝技術分析

柴智剛(天津市瀚洋金屬設備有限公司,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天津石化項目負責人介紹以往類似的設備通常是交由國內的大型化工設備制造企業制造，能夠承接到這樣的設備我們也感受到了客戶的信任和身上的壓力。該熱低壓分離器設計壓力3.6Mpa、工作壓力3.2Mpa、設計溫度300℃工作溫度280℃殼體內徑為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、復層采用奧氏體不銹鋼復合板材料的熱低壓分離器制造過程中的技術關鍵點進行了分析，為今后制造大型耐熱鋼容器提供了寶貴的經驗。

抗氫鋼；冷裂紋；消氫處理；堆焊；無損檢測

1　設備制作技術關鍵點

1.1產生裂紋的機理級預防措施：

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

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冷卻轉變圖來了解，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力，當這一應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熱。為了避免出現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應力：包括拘束應力和組裝應力，其中拘束應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生的應力，由焊接區域應力分布可知在焊縫區和熱影響區均在橫向承受拉應力，而由于筒體在卷制時強行組裝也對焊縫區和熱影響區造成拉應力，這樣拘束應力，組裝應力，以及上述的組織應力，局部氫壓力將會疊加，尤其在焊厚板時上述應力會更加顯著，拉應力疊加結果超過母材的抗拉強度將會產生裂紋。

1.2預防措施：

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溫度為80～150℃焊條及焊劑一般規定在4小時內用完，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生。

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

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上。

2.2壓力容器內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《壓力容器內部單層堆焊技術條件》的規定。堆焊時應當預熱，堆焊完后應進行中間消除應力熱處理（ISR）或消氫處理（DHT）。評定試驗所用的母材試板焊接材料、熱處理狀態均需和產品制造時一致。

3　結語

在技術準備階段除編寫了常規工藝之外，還特別召開了技術交底會。并安排技術過硬的鉚工、焊工負責制造，由車間主任、焊接高級技師和專職檢驗員全程配合。正是由于技術準備工作充分，該Cr-Mo鋼復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鋼復合板熱低壓分離器的成功制造使年輕的工程技術人員得到了鍛煉，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驗。