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    纯净钢Q245R(HIC)压力容器焊接工艺.pdf

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    纯净钢Q245R(HIC)压力容器焊接工艺.pdf

    第43卷第5期 2014年9月 石油化工设备 PETRC卜CHEMICAL EQUIPMENT Vo1.43 NO.5 Sept.2014 文章编号10007466201405006804 纯净钢Q245RHIC压力容器焊接工艺 于盛开 新疆炼化建设集团有限公司,新疆独山子833600 摘要根据纯净钢Q245RHIC材料的化学成分、力学性能以及耐腐蚀性能特点,通过焊接性分 析,特别是对氢致开裂产生机理的分析,拟定了焊接工艺规程,试件焊接接头的力学性能和抗氢致 开裂性能能够满足要求,并成功运用到工程实际中。 关键词Q245RHIC钢板;焊接工艺;抗氢致裂纹 中图分类号TQ050.41 文献标志码B doi10.3969/j.issn.1000-7466.2014.05.015 Q245R Pure SteelHICWelding Process for Pressure Vessels YU Sheng-kai Xinjiang Petrochemical Construction Group Co.Ltd.,Dushanzi 833600,China AbstractAccording to the Q245R pure steelHICmaterial chemical composition,mechanical properties and corrosion resistance,through analysis of welding,especially on hydrogen induced cracking mechanism analysis,the welding procedures for the premade has been set up.The spec imen welded joint mechanical properties and resistance to hydrogen induced cracking perance can meet the requirements,meanwhile,the welding process assessment is qualified and success fully applied to engineering practice. Key wordsQ245RHICsteel;welding process;resistant to hydrogen induced cracking 随着我国高硫原油加工量的不断增加,越来越 多的压力容器在湿硫化氢应力腐蚀环境工况下服 役。该工况易造成碳钢和低合金钢设备产生应力腐 蚀破坏,因环境差异可产生不同的应力腐蚀开裂现 象,如氢致开裂HIC、硫化物应力腐蚀开裂 SSC、氢鼓包HB和应力导向氢致开裂SO HICl_】]。为此,一些在湿硫化氢应力腐蚀环境下使 用的压力容器选用纯净钢作为主体材料。 2013年,我厂承接了某石化公司炼油厂 5O万t/a催化裂化装置再吸收塔T一302和吸收解析 塔T一301/1.2的制造任务,其制造按文献[2,3]的有 关规定进行。这2台塔器服役环境均为湿硫化氢应 力腐蚀环境,主体材质Q245RHIC为采用电炉加 真空脱气精炼的本质细晶粒镇静钢,属于Q245R钢 种级别,特点是S、P质量分数低,要求做氢致开裂 HIC腐蚀试验。 其中再吸收塔为立式结构,规格直径壁厚 高度O1 200 mm X 14 mm14 579 mm,体积 12.8 m。,介质为贫气、轻柴油,Ⅱ类容器,筒体与封 头的焊接接头系数0.85,所用钢板材质为Q245R HIC,锻件、管材材质均为2OHIC。 吸收解析塔T一301也是立式结构,规格直径 壁厚高度01 600 mm/O2 200 mm18 ram/ 20 mm/22 mm/24 mm51 098 mm,介质为催化富 收稿日期20140402 作者简介于盛开1972一,男,山东乳山人,工程师,学士,从事压力容器制造和球罐安装工作。 第5期 于盛开纯净钢Q245RHIC压力容器焊接工艺 气、汽油、氢气、硫化氢,体积133.21 m。,II类容器, 筒体与封头的焊接接头系数0.85,所用钢板材质为 Q245RHIC,锻件、管材术 喷均为20HIC。 1 Q245RHIC钢板简介 分见表1。 2力学性能 Q245RHIC钢板正火状态供 货,8级晶粒度,其室温抗拉强度R 一429 MPa,室 温屈服强度R 一288 MPa,室温延伸率A一 35.5 ,Ak 一20℃,横向一138 J/221 J/247 J。 1化学成分 Q245RHIC钢板产品化学成 3检验要求 Q245RHIC钢板逐轧制张进 表1 Q245RHIC钢板产品化学成分质量分数 行化学成分分析、拉伸试验、弯曲试验、硬度试验,取 样数量均为1个;每炉进行晶粒度测定,取样数量为 1个;逐批进行抗氢致裂纹试验由同一炉号、同一 厚度、同一热处理制度的钢板组批L4],取样数量为 3个;逐轧制张进行冲击试验,取样数量为3个;逐 张进行超声波检测。 4焊接性能 Q245RHIC钢的最大特点是 具有抗氢致裂纹性能,其焊接接头须具备与母材一 致的力学性能和耐腐蚀性能。Q245RHIC为采用 电炉加真空脱气精炼的本质细晶粒镇静钢,在化学 成分、力学性能等方面要求更高,其C 。0.4 ,塑 性良好,淬硬倾向不明显,可焊性好,一般不会产生 裂纹。所以分析该材料的焊接性能就是探讨如何保 证焊接接头的抗氢致开裂性能[1]。 在氢气压力的作用下,不同层面上的相邻氢 鼓包裂纹相互连接,形成阶梯状特征的内部裂纹 称为氢致开裂,裂纹有时也可扩展到金属表面。 氢致开裂是湿硫化氢环境中腐蚀开裂形式中的一 种,此类裂纹的发生无需外加应力,一般与钢中高 密度的大平面夹杂物或合金元素在钢中偏析产生 的不规则微观组织有关。因此,减少夹杂物提高 纯净度、控制S元素和P元素偏析、细化晶粒是 防止焊接接头产生氢致裂纹倾向的重要手段_5]。 由于S与Mn生成的MnS夹杂物是氢致开裂最易 成核的位置,所以降低S质量分数即减少MnS的 生成量,是有效提高抗氢致开裂性能的手段之一。 此外,P是引起偏析的元素,极易在焊缝中心偏析, 生成对氢致开裂敏感的硬显微组织带,所以焊缝 中的P质量分数足够低是确保焊接接头具有良好 的抗氢致开裂开裂敏感性的又一有效手段。平衡 而稳定的细晶粒组织是抗氢致开裂的理想组织, 焊缝组织的粗大与否,除了与其化学成分有关外, 还与焊接规范的大小有关,焊接线能量越大,焊缝 晶粒组织就越粗大,对焊接接头抗氢致开裂性能 产生不利影响 ]。另外,残余焊接应力也不利于 压力容器在湿硫化氢应力腐蚀环境下服役,采用 适宜的热处理工艺进行消应力处理也是必要的。 2 Q245RHIC钢焊接工艺 2.1 焊接材料 根据Q245RHIC钢板化学成分、力学性能、 耐腐蚀性能等要求,经焊接工艺评定确定相应工艺 规范所使用焊接材料焊条、焊丝和焊剂的化学成 分和规格型号,焊接材料符合NB/T 470152011 压力容器焊接规程和NB/T 47018.1~47018. 72011承压设备用焊接材料订货技术条件的要 求_7 ]。所选用的焊接材料能用相应的焊接方法焊 成的焊缝与母材有相似的化学成分,熔敷金属中S、 P质量分数尽量低,焊接接头力学性能指标及腐蚀 性能指标与母材一致。焊接工艺评定使用的焊接材 料化学成分见表2,力学性能见表3。 2.2 焊接工艺试验及其参数 采用不同厚度的Q245RHIC钢板、不同的焊 接方法、焊接材料、焊接工艺参数以及不同的焊接接 表2焊接材料化学成分质量分数J % 7O 石油化工设备 2014年第43卷 头型式组合成5种其中板厚8 mm的2种、板厚 14 mm的2种、板厚5 mm的1种焊接试样进行焊 接工艺试验。焊接工艺试验用焊接试样编号及其焊 接接头型式见图1,焊接工艺参数见表4。 a001 b002 c003 d004 e005 图1 Q245RHIC焊接工艺试验用焊接试样编号及其焊接接头型式 表4 Q245RHIC焊接工艺试验板一板对接用焊接号及焊接工艺参数 2.3 焊接试样热处理 按图1和表4的规定完成试样焊接后对试样进 行退火热处理,热处理工艺曲线见图2。 图2热处理工艺曲线 2.4试样检验 1射线检测 按文献E9]对试样焊接接头进行 X射线检测,检测比例为20 ,工级合格。 2硬度试验 在每项焊接试件的焊缝区和热 影响区各测试1个点。经HBW2.5/187.5布氏硬 度计标尺检验,5个硬度试验试件的焊缝区硬度值 为135~141HBw,而热影响区的硬度值为123~ 131HBW。 3拉伸试验 每项焊接试件制备2个拉伸试 样。检验结果显示,10个拉伸试验试样的抗拉强度 在438~472 MPa。 4弯曲试验 每项焊接试件制备4个弯曲试 样2个面弯和2个背弯。经检验,20个试样的弯 曲试验结果完好D一4a,180。。 5冲击试验 每项焊接试样制备1组焊缝区 冲击试样和1组热影响区冲击试样,3个/组。经检 验,4组焊缝区冲击试样冲击功K 一34~158 J 试样规格55 mm5 mm10 mm,横向,缺口深度 2 ram,试样未断裂;4组热影响区冲击试样的冲击 功K 一52~245 J试样规格55 mm5 mm 10 mm,横向,缺口深度2 mm,试样未断裂。有1 项焊接试样中心编号为13SA001431因无法制备 小尺寸试件,按标准免做冲击试验。 2.5抗氢致开裂试验 2.5.1 试验方法 Q245RHIC钢板的抗氢致裂纹试验按照文献 [47的规定进行试验评定。试验溶液采用A溶液, 即0.5 HAc5 9/6NaC1饱和H S水溶液pH一 2.8~4.0。 试样按横向制取。厚度不大于30 mm时,试样 尺寸为板厚20 mm100 mm,试样数量为3个/ 第5期 于盛开纯净钢Q245RHIC压力容器焊接工艺 组;厚度大于30 mm且小于88 mm时,阶梯取样, 试样尺寸为20 mm X 20 mm100 mm,试样数量为 3个/组;厚度大于88 mm时,阶梯取样,试样尺寸 为20 mm20 mmXi00 mm,试样数量为5个/组。 抗氢致裂纹试验试样尺寸见图3。 图3抗氢致裂纹试验试样尺寸 2.5.2 试验步骤 1用蒸馏水和分析纯级化学药品配制试验溶 液,即0.5 9,6 HAc5 NaC1饱和H S水溶液 pH2.8~4.O。 2将处理好的试样丙酮脱脂、打磨夹装在专 用有机玻璃试样架上,放人试验容器,待试验溶液注 入容器后进行密封。 3以2 L/min的速度向试验容器内通入氮气 脱氧4 h。 4关闭氮气,以2.4 L/min速度通入硫化氢气 体1 h,然后将硫化氢通气速度降为0.12 L/min并 持续96 h。 5通气完毕,取出试样,依次在清水和酒精中 清洗试样表面,并用冷风吹干。 6观察试样表面是否有氢鼓包并做记录。 7按标准切割试样并进行金相观察。 每项焊接工艺评定试件制备3个抗氢致开裂试 样进行试验,抗氢致开裂试验成批验收,每批由同一 炉号、同一厚度、同一热处理制度的钢板组成。试验 结果应满足裂纹长度率CLR不大于5 、裂纹敏 感率CSR不大于0.5 、裂纹厚度率CTR不大 于1.5%。 2.6 结果 通过对试样进行硬度检测、拉伸试验、冲击试 验、弯曲试验和抗氢致开裂试验,试验结果符合设计 技术文件和文献[10]中对Q245RHIC钢焊接接 头的要求,其中裂纹长度率、裂纹敏感率以及裂纹厚 度率均为0,说明焊接试验采用的焊接工艺参数是 可行的。 3 应用效果 应用文中所述的焊接工艺,我公司顺利完成了 再吸收塔T一302和吸收解析塔T一3ol/1.2的制造, 总体焊接一次合格率达到98.6 ,产品焊接试件经 国家钢铁材料测试中心检验评定合格],特别是抗 氢致裂纹试验的3个评定指标裂纹长度率、裂纹敏 感率和裂纹厚度率检验结果均为0,从根本上保证 了承制设备的抗氢致裂纹性能。 参考文献 [1]wYJ一422--2012,舞阳钢铁锅炉容器钢板专用技术条 件[s]. 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