CF-62钢制压力容器中的裂纹分析和预防措施.doc

CF-62钢制压力容器中的裂纹分析与预防措施 Crack Analysis Suggestions For Cracking Prevention Of Some CF-62 Steel Pressure Cessel 李平瑾 李蓉蓉 陈学东 袁榕 Li Pingjin Li Rongrong Chen Xuedong Yuan Rong 合肥通用机械研究所 Hefei General Machinery Research Institute 摘要：本文通过现场调查、球罐组焊、在役容器检测及失效分析，对近些年来投用的国产CF-62钢制作的球罐等设备上出现的裂纹成因进行探讨，对其残余应力水平进行阐述，对相关标准中的设计、制造、检验技术条件的完善化提出一些建议，为这类钢今后的制造和长周期安全运行提供借鉴。 Abstract： In this paper the causes of cracks are investigated that appear on the equipment such as localized CF-62 steel spherical tank put into service in recent years through field investigation, spherical tank assembly welding, in-service vessel inspection and failure analysis and the level of residual stress is described. Some suggestions are proposed about perfection of design, fabrication and inspection specifications in relevant standards, which provide references for future fabrication and long-term safe operation of this type of steel. 关键词：国产CF-62钢制设备 应力腐蚀开裂 再热裂纹 残余应力. Keywords：Localized CF-62 Steel Equipment, Stress Corrosion Cracking, Reheat Cracks, Residual Stress 引言 随着设备的高参数和大型化，希望开发出强度高、韧性好、加工成形和焊接性能优良的钢材。上世纪70年代日本等国家针对大型球罐研制出σs≥490MPa、σb≥610MPa的低碳微合金、低焊接裂纹敏感性的高强钢（简称CF-62钢）。 上世纪70～80年代，我国高参数的大型球罐用高强钢全部依靠进口，例如1986年北京建造的4台5000m3和2台10000m3的天然气球罐就是引进日本的CF-62钢。 上世纪80年代初期武汉钢铁公司组织有关单位开展σs≥490MPa的低焊接裂纹敏感性钢种的研制。上世纪80年代中期由合肥通用所组织有关单位进行国产CF钢的工程应用研究，为我国大型球罐国产化提供大量的有价值的数据。 近十多年来，国产CF-62系列钢已较广泛地应用于50～2000m3的氧气、氮气、液化石油气、丙烯、乙烯等球罐。其总数超过100台，最低设计温度达-40℃，其中进行焊后整体热处理和不进行焊后整体热处理的大约各占一半。此外，该类钢还用于大型水电站的高压岔管和管道以及大型挖掘机等重型机械。 随着工程上的扩大应用及经验的积累，人们对这类钢的认识在深化。设备安装、制造以及使用中的问题也在暴露，目前这类钢制设备的裂纹屡有发生。本文列举笔者所参与或了解的石油化工和燃气行业中的某些07MnCrMoVR和07MnNiCrMoVDR钢制球罐检验及失效分析的实例与同行商榷，以求钢材及制造工艺的完善化，最终达到设备能长周期安全运行的目的[1,2,6]。 1. CF-62钢制设备的应力腐蚀 应力腐蚀是指金属材料在某些介质中，由于拉应力的作用造成的一种延迟破裂。其形成必须有一定的金属组织、应力和介质在特定条件下的联合作用。它可能发生在母材上，也可能发生在焊缝上，但因焊接接头粗晶粒的存在以及不可避免的残余应力影响，所以应力腐蚀开裂出现机率高的仍是焊接接头及邻近母材。 调质型CF-62钢的金相组织主要是板条状的回火马氏体、回火索氏体和贝氏体。其所占的比例随板材厚度方向而异，钢板表面的回火马氏体和索氏体占2/3以上，因此，钢材（特别是表层）的强度和硬度较高。 对低合金钢来说，湿H2S环境与含O2及CO2的液态氨环境会引起材料的应力腐蚀开裂。CF-62钢的强度、硬度较高，在含有腐蚀介质的环境中，容易形成应力腐蚀开裂。