高溫鎳合金Hastelloyc4鋼壓力容器的制造

【摘 要】 Hastelloyc4鋼是高合金、耐高溫、耐強腐蝕鋼，由于合金元素含量高，焊接可焊性較差，極易產生裂紋和氣孔，由于強度高，剛性大，成型困難，焊接過程中變形大，不好控制，本文闡述了此鋼材在壓力容器制造過程的制造工藝和重要控制點。

【關鍵詞】 Hastelloyc4鋼 焊接 壓力容器

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.07.009

撫順石油機械有限責任公司為四川某石化公司制造一臺柱孔塔，此塔是制造砷及砷化物的分餾塔，所用金屬材料全部是鎳合金Hastelloyc4鋼（以下簡稱C4鋼）。板材由撫順特鋼冶煉，管材由美國進口。此設備驗收標準極其嚴格，主要制造難點在焊材的選擇上及焊接技術上。

1 鎳合金Hastelloyc4鋼的性能與特點

（1）化學成分見下表

注：R表示余量

（2）力學性能見下表（常溫）

（3）特點：C4鋼是高合金、耐高溫、耐強腐蝕鋼，由于合金元素含量高，焊接可焊性較差，極易產生裂紋和氣孔，由于強度高、剛性大、成型困難，焊接過程中變形大而不好控制。由于這些特點，分別做幾個試驗，制定一些特殊的措施，采取了合理的制造工藝。

2 焊材的選擇

由于C4材料的特殊性，國內的焊接材料不能滿足要求，通過焊接性能實驗，我們選用美國AWS.A5.14-97標準中的ERNiCrMo-7焊絲，直徑Φ2.0、Φ4.0兩種。焊絲的化學成分及力學性能見下表。

3 焊接工藝

（1）坡口及間隙見下圖

（2）焊接工藝參數見表

2、第一層選Φ2.0焊絲，第二層選Φ4.0焊絲。

4 焊接工藝評定

依據所擬定的焊接工藝，完成了焊接工藝評定，工藝評定及焊接熔敷金屬的成分及力學性能見下表。

從表中數據可見，焊縫的熔敷金屬化學成分和力學性能均達到了金屬材料的標準要求，證明焊材的選擇、工藝參數的確定都是可行的。

5 產品制造

5.1 封頭的成型

金屬材料強度高、剛度大，采用熱壓一次成型（1150℃）封頭端口反彈很大，而且對封頭端口邊緣產生不規則的皺紋，這樣既不能完全保證產品的結構尺寸，又造成了封頭與筒體環焊縫嚴重錯邊及外觀不合格等缺陷。經過試驗，分三次熱壓成型，封頭端口成型良好，沒有皺紋，沒有再發生回彈。

5.2 焊接

為避免焊接過程中裂紋和氣孔的產生，嚴格控制了層間溫度，焊前將焊件坡口及表面用不銹鋼鋼絲刷清理，然后用丙酮清洗，將氬弧焊噴嘴改為大號的，更有效地對焊縫進行保護，用卡板進行定位焊，保證了坡口間隙的準確性。

依據擬定的焊接工藝及研究所完成的焊評，對產品施焊。但在焊接過程中，封頭與筒體的對接口在封頭段隨著焊縫的延續，封頭端口處膨脹越來越大，焊縫的錯邊量也隨之增大。為解決這一問題，采用了急冷的方式，即在離封頭端口外30mm處包上一層保溫棉，邊焊接邊向保溫棉上澆冷水。封頭端口處不再膨脹，保證了焊接質量。C4不存在冷卻脆化問題，所以這種方法是可行的。

6 焊接設備

所選用的焊接設備是中韓合資的沈陽朝興公司生產的PF-300，是交直流兩用脈沖氬弧焊機。該設備性能穩定可靠，有效地保證了焊接質量。

產品焊接后，經4.0MPa30分鐘保壓、水壓試驗，焊縫沒有一處滲漏，一次打壓全部合格。

7 焊后熱處理

封頭是熱壓成型的，焊后只對封頭、封頭與筒體的環焊縫進行了熱處理。

作者簡介

趙麗，本科，工程師，從事壓力容器監督檢驗工作。

陳欣，本科，高級工程師，從事壓力容器監督檢驗工作。

郭金典，專科，助理工程師，從事壓容器質量檢驗工作。