07MnCrMoVR鋼制球罐檢驗案例分析

丁曉瀅 胡 晨

（上海金藝檢測技術有限公司）

壓力容器

07MnCrMoVR鋼制球罐檢驗案例分析

丁曉瀅*胡 晨

（上海金藝檢測技術有限公司）

07MnCrMoVR是一種低合金高強度調質鋼，作為國產低焊接裂紋敏感性鋼，廣泛應用于球罐和大型儲罐等壓力容器。通常鋼制球罐體積較大，因此對其制造、組裝和焊接的要求也更高。鋼制球罐在使用過程中容易產生裂紋，因此在球罐定期檢驗時應注重對球罐對接焊縫內表面的檢測，以及時發現裂紋，保證球罐的安全運行。

球罐 裂紋 低合金鋼 焊縫 表面缺陷 無損檢測 壓力容器

0 概述

最近，我們對某鋼鐵公司一臺650 m3氮氣球罐進行了第三次定期檢驗。該臺球罐結構為混合式，由30塊球殼板拼接組成，由8根支柱支承，支柱形式為赤道正切式。球罐對接焊縫總長約235 m，角焊縫總長為30 m，焊接方法為手工電弧焊。球罐主要參數見表1。

該球罐前二次定期檢驗情況如表2所示。

由于生產原因，該球罐工作壓力在2.6～2.8 MPa之間波動。該球罐材質07MnCrMoVR是一種低合金高強鋼，含碳量較低 （≤0.09%）。降低碳含量有利于提高鋼的抗冷裂性和低溫沖擊韌性，但同時也會降低鋼材的強度。07MnCrMoVR鋼一方面通過添加合金元素和進行適當的熱處理來保證其高強度；另一方面通過嚴格控制有害元素S、P的含量來降低其熱裂紋傾向[1]。對該球罐對接焊縫內表面裂紋的檢測，是本次檢驗的重點。

1 檢驗項目[2]

1.1 原始資料及球罐運行情況審查

（1）查閱球罐設計、制造、安裝等有關竣工驗收文件和資料。

（2）查閱球罐工況資料以及運行記錄，包括開停車記錄、載荷變化情況、運行中出現的異常情況等資料。

表1 球罐主要參數

表2 球罐前二次定期檢驗情況匯總

（3）查閱球罐檢驗、檢查資料，包括球罐定期檢驗周期內的年度檢查報告和上一次的定期檢驗報告。

1.2 宏觀檢查

該球罐焊縫的外部展開圖如圖1所示。

圖1 球罐展開圖

經宏觀檢查可知：球罐外表面未發現油漆剝落；內表面無機富鋅涂層完好；支柱斜拉桿調節螺栓沒有腐蝕和松動；支柱基礎完好；上下人孔法蘭主螺栓完好；球罐進出氣管法蘭完好。錯邊量、棱角度、咬邊及焊縫余高均未超出制造標準。

1.3 支柱垂直度偏差測量[3]

按照GB 12337—2010標準，支柱垂直度允許偏差應≤10 mm。實測結果如表3所示。

由表3可知，2#、5#、7#、8#支柱垂直度偏差屬一般超標，可不作處理。

表3 支柱垂直度偏差測量結果(mm)

1.4 超聲測厚

球罐測厚位置選在每個丁字接頭 （或Y字接頭）處，對有銹蝕的部位和上次裂紋打磨消除部位進行局部多點測厚。本次檢驗對球罐殼體測厚點共有180點 （每個Y字接頭或丁字接頭部位需測厚3點），實測最小壁厚為41.00 mm，位于F5焊縫和F6焊縫相交的(Y字接頭)部位，如圖1所示。按GB 150標準進行壁厚校核，以檢驗周期為3年計算，實測的最小壁厚滿足強度要求[4]。具體計算如下：

式中pw——計算允許的最高工作壓力；

δe——計算厚度；

[σ]t——材料的許用應力，[σ]t＝203 MPa；

Di——球罐內直徑，Di＝10 700 mm；

φ——焊接接頭系數，φ＝1。

計算厚度δe其值等于實測最小壁厚減去下一個檢驗周期腐蝕裕量。該球罐使用年限為9年，如下一檢驗周期定為3年，則

經計算，pw大于球罐安全閥開啟壓力2.88 MPa。

1.5 表面缺陷檢測

表面缺陷檢測以磁粉檢測和滲透檢測為主。

對球罐球殼對接焊縫內表面及熱影響區作100%熒光磁粉檢測，發現5處縱向表面裂紋 （最長15 mm）及1條長15 mm的橫向表面裂紋 （如圖2所示）。5處縱向表面裂紋打磨后已消除，磁粉復檢合格，打磨深度不超過1 mm，并圓滑過渡。球罐頂部F1與F2板對接焊縫內表面發現的長15 mm橫向裂紋缺陷，經超聲檢測該缺陷指示長度25 mm，裂紋深度30 mm （基準為內表面），如圖3所示；對缺陷外表面相應部位進行磁粉檢測抽查，未發現缺陷磁痕顯示。

圖2 球罐對接焊縫內表面裂紋

圖3 球罐對接焊縫內表面裂紋超聲檢測深度

對該球罐8根支柱與球罐本體相連接的焊縫、球罐上下兩個人孔接管與球罐本體連接的角焊縫、球罐上下兩個人孔上的主螺栓進行滲透檢測，未發現缺陷痕跡顯示，按NB/T 47013.5—2015標準評為Ⅰ級，滲透檢測合格。

1.6 埋藏缺陷檢測

對球罐對接焊縫進行超聲檢測抽查，抽查部位為部分T字接頭 （三條焊縫各檢測500 mm長度），未發現超標缺陷顯示，按NB/T 47013.3—2015標準評為Ⅰ級，超聲檢測合格。

1.7 安全附件檢查

對安全閥進行解體、清洗并脫脂，在校驗臺上校驗合格后，鉛封掛牌，并注明安全閥開啟壓力和有效期。對排污閥等截止閥也進行解體、清洗及脫脂，并經耐壓氣密試驗合格。壓力表交法定計量部門檢定合格，并符合 《固定式壓力容器安全技術監察規程》規定的精度等級標準。

2 超標缺陷處理[5]

經磁粉檢測發現的15 mm長的橫向表面裂紋（其深度30 mm）需進行焊接返修。根據 TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》（以下簡稱 《固容規》）的規定，球殼板間的焊接接頭的補焊屬于壓力容器的重大修理。重大修理方案應經過原設計單位或具有相應資質的設計單位的同意。重大修理的施工過程必須經過具有相應資質的特種設備檢驗檢測機構進行監督檢驗。從事壓力容器維修的單位應當是已取得相應的制造許可證或者安裝改造維修許可證的單位。

圖4 07MnCrMoVR球罐熱處理工藝曲線

返修部位在焊接36 h后應進行射線檢測，射線檢測按NB/T 47013.2—2015標準Ⅱ級為合格。返修部位射線檢測合格后還應進行超聲波檢測，按NB/T 47013.3—2015標準Ⅰ級為合格。返修部位表面還應進行100%磁粉檢測，按NB/T 47013.5—2015標準Ⅰ級為合格。按照球罐的設計要求，焊接返修后，返修部位必須經射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測合格后才能進行球罐局部熱處理。球罐局部返修部位采用電加熱法進行熱處理，熱處理工藝曲線見圖4。由于07MnCrMoVR在650℃有一定的再熱裂紋敏感性，為避免誘發返修部位的再熱裂紋，根據 GB 50094—2010《球形儲罐施工規

式中η——耐壓試驗壓力系數，按《固容規》的第4.1節要求取1.25p；

p——球罐最高工作壓力；

[σ]——試驗溫度下材料的許用應力；

[σ]t——設計溫度下材料的許用應力。

壓力升至試驗壓力的50%即1.875 MPa時，保持壓力15 min，對球罐所有焊接接頭和連接部位進行檢查；壓力升至試驗壓力的90%即3.375 MPa時，保持壓力15 min，對球罐所有焊接接頭和連接部位進行檢查；壓力升至試驗壓力的100%即3.75 MPa時，保持壓力30 min，對球罐所有焊接接頭和連接部位進行檢查；壓力降至試驗壓力的80%即3.0 MPa時，保持壓力15 min，對球罐所有焊接接頭和連接部位進行檢查；試驗過程中無滲漏，無可見的變形，無異常聲響，耐壓試驗合格。耐壓試驗升壓曲線見圖5。范》[6]規定，應嚴格控制保溫溫度565±20℃，保溫時間105 min。

由于焊接補焊深度超過球罐公稱壁厚的一半，根據《固容規》的要求[5]，還應進行耐壓試驗。耐壓試驗選用水作為介質，耐壓試驗的壓力為：

圖5 耐壓試驗升壓曲線

3 結束語

（1）該球罐材質屬于調質型07MnCrMoVR低合金高強鋼，其金相組織主要是板條狀的回火馬氏體、回火索氏體和貝氏體，鋼板 （特別是表層）的強度和硬度較高，焊接接頭容易產生冷裂紋[7]。

產生焊接冷裂紋的內在因素有：① 擴散氫：氫是引起高強度鋼焊接冷裂紋的重要因素之一，并具有延遲特征；②拉應力：焊接接頭的應力狀態是由熱應力、組織應力 （相變應力）和拘束應力疊加的結果；③淬硬組織：焊接熱影響區中過硬的馬氏體含量越多，越容易產生冷裂紋。

產生焊接冷裂紋的外在因素有：空氣濕度、預熱溫度、焊接線能量。

（2）從該球罐的裂紋形貌分析，認為其符合冷裂紋特征[7]。雖然07MnCrMoVR具有良好的抗焊接冷裂紋性能，但是焊接時也要嚴格控制焊接線能量和層間溫度，避免雨天焊接[1]。對于返修后的熱處理工藝，要嚴格控制保溫溫度和保溫時間，以避免引起再熱裂紋。

（3）鑒于該球罐在歷次定期檢驗過程發現的裂紋大多位于內表面的焊接接頭及熱影響區附近，因此在對使用該材料制造的壓力容器進行檢驗時，應特別要注重其內表面焊接接頭和熱影響區附近缺陷的檢測。

（4）根據各檢驗項目的檢驗結果，綜合評定該球罐安全狀況等級為3級，檢驗周期為3年，在現有工況條件下 （最高工作壓力2.8 MPa，安全閥開啟壓力2.88 MPa，工作溫度為常溫，介質為氮氣），可繼續安全使用至下一次周期檢驗。

[1]黃金祥，唐譜洪，趙保華.07MnCrMoVR鋼制壓力容器的兩種焊接工藝及應用 [J].中國化工裝備，2009(4)： 27-29， 33.

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局.壓力容器定期檢驗規則：TSG R7001—2013 [S].北京：新華出版社，2013.

[3]國家質量監督檢驗檢疫總局.鋼制球形儲罐：GB 12337—2010 [S].北京：中國標準出版社，2010.

[4]國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.壓力容器：GB 150—2011[S].北京：中國標準出版社，2011.

[5]國家質量監督檢驗檢疫總局.固定式壓力容器安全技術監察規程：TSG R0004—2009[S].北京：新華出版社，2009.

[6]國家質量監督檢驗檢疫總局，住房和城鄉建設部.球形儲罐施工規范：GB 50094—2010[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[7]顧素蘭，蔣向紅.CF62鋼制球罐裂紋成因分析[J].化工裝備技術，2005，26（5）：33-34.

Inspection Case Analysis of 07MnCrMoVR Steel Spherical Tank

Ding Xiaoyin Hu Chen

07MnCrMoVR is a kind of low alloy high strength quenched and tempered steel.It is widely used in the manufacture of pressure vessels,such as spherical tank and large tank,as a domestic low welding crack sensitive steel.Generally,the steel spherical tank is larger in volume,so the requirements for its manufacture,assembly and welding are higher.The steel spherical tank is prone to crack during use.Therefore,in the periodic inspection of spherical tanks,attention should be paid to the inner surface inspection of the spherical tanks butt welds,and cracks should be found in order to ensure the safe operation of the spherical tanks.

Spherical tank;Crack;Low alloy steel;Weld joint;Surface defect;Nondestructive examination;Pressure vessel

TQ 050.7

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.08.008

2017-04-12）

*丁曉瀅，女，1982年生，工程師。上海市，201900。