耐熱钢压力容器的焊接.doc

耐热钢压力容器的焊接 图10-2 测定回火脆性敏感性的步冷处理程序 图10-3 回火脆化程度的曲线 按图10-2曲线加热，使钢材发生快速回火脆化。分别对步冷试验前后的钢材进行系列冲击，绘制出步冷试验前 、后回火脆化程度的曲线(图10-3)，确定延脆性转变温度VTr54 (试样经Min. PWHT处理后的夏比冲击功为54J时相应的转变温度)的变量ΔVTr54 (试样经Min. PWHT + 步冷处理后的夏比冲击功为54J时相应的转变温度增量)，按下式进行计算： 美国雪弗龙公司早期提出的指标： VTr54 +1.5ΔVTr54 ≤ 38℃(100℉) 20世纪90年代普遍采用的指标： VTr54 +2.5ΔVTr54 ≤ 38℃ 随着对设备安全性要求的提高及钢材、焊材性能的提高，对该指标的要求越来越高，2006年某工程公司为宁波和邦化学有限公司设计的两台加氢反应器提出的指标是： VTr54 +3ΔVTr54 ≤ 10℃ 二、 压力容器用耐热钢焊材选用 （1）与低合金高强钢相同，焊缝金属和母材等强度原则仍是低合金耐热钢焊材选用的基本原则，只不过此时不但要考虑焊缝金属与母材的常温强度等强，同时也要使其高温强度不低于母材标准值的下限要求。 （2）为使其焊缝金属具有与母材同样的使用性能，因此要求其焊缝金属的铬、钼含量不得低于母材标准值的下限。 （3）为保证焊缝金属有同样小的回火脆性，应严格限制焊材中的氧、硅、磷、锑、锡、砷等微量元素的含量。 （4）为提高焊缝金属的抗裂性，应控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量，但应注意，含碳量过低时，经长时间的焊后热处理会促使铁素体形成，从而导致韧性下降，因此，对于低合金耐热钢的焊缝金属含碳量最好控制在0.08％ ~ 0.12％范围内，这样才会使焊缝金属具有较高的冲击韧性和与母材相当的高温蠕变强度。 三、 压力容器用耐热钢焊接要点 （1）预热与层间温度 在Cr-Mo钢的焊接特点中提到的冷裂纹、热裂纹及消除应力裂纹，都与预热及层间温度相关。一般来说，在条件许可下应适当提高预热及层间温度来避免冷裂纹和再热裂纹的产生。表10-2为对各种低合金耐热钢推荐选用的预热温度和层间温度，但在设备制造过程中还要结合实际选用。 表10-2 推荐选用的低合金耐热钢预热及层间温度 钢种 预热温度/℃ 层间温度/℃ 15CrMoR ≥150 150 ~ 250 12Cr1MoV ≥200 250左右 12Cr2Mo1R 200 ~ 250 200 ~ 300 在Cr-Mo钢上堆焊不锈钢 ≥100 对于预热和层间温度，应注意以下几点： ① 整个焊接过程中的层间温度不应低于预热温度。 ② 要保证焊件内外表面均达到规定的预热温度。 ③ 对于厚壁容器，必须注意焊前、焊接过程和焊接结束时的预热温度基本保持一致并将实测预热温度做好记录。 ④ 若容器焊前进行整体预热不仅费时而且耗能。实际上，作局部预热可以取得与整体预热相近的效果，但必须保证预热区宽度大于所焊厚度的4倍，且至少不小于150mm。 ⑤ 预热与层间温度必须低于母材的Mf点(马氏体转变结束点)，否则当焊件经SR处理后，残留奥氏体可能发生马氏体转变，其中过饱和的氢逸出会促使钢材开裂，如对12Cr2Mo1R的预热和最高层间温度应低于300℃。 ⑥ 钢材下料进行热切割时，类似焊接热影响区的热循环，切割边缘的淬硬层可能成为钢材卷制或冲压时的裂源。因此，也应适当预热。 （2）焊后热处理 对于低合金耐热钢，焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，而且更重要的是改善组织提高接头的综合力学性能，包括提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度，还有就是使氢进一步逸出以避免产生冷裂纹。因此，在拟定低合金耐热钢焊接接头的焊后热处理规范时，应综合考虑下列冶金和工艺特点。 ① 焊后热处理应保证近缝区组织的改善。 ② 加热温度应保证焊接接头的焊接应力降到尽可能低的水平。 ③ 焊后热处理不应使母材及焊接接头各项力学性能降低到设计规定的最低限度以下。这一点往往要通过对母材及焊接接头进行最大和最小模拟焊后热处理(Max. PWHT及Min. PWHT)后的各项力学性能检测来确定。 ④ 由于耐热钢的回火脆性及再热裂纹倾向，焊后热处理应尽量避免在所处理钢材回火脆性敏感区及再热裂纹倾向敏感区的温度范围内进行。应规定在危险温度范围内要有较快的加热速度。 综合考虑以上4个特点，需要制定一个合适的耐热钢焊后热处理规范，经过大量的试验、研究，引出了一个指导性参数，即纳尔逊米勒（Rarson—Miller）参数 Tp，也称回火参数。 Tp= T ( 20+log t )×10-3 式中： T — 热处理绝对温度，K t — 热处理保温时间，h 从式中可以看出，热处理的温度和保温时间决