Q245R( R-HIC)

在H2 和H2 S 環(huán)境中的普通Q245R 鋼,由于氫誘導(dǎo)裂紋和硫化物應(yīng)力腐蝕的共同作用會(huì)迅速失效[1 ] 。研究表明,氫誘導(dǎo)裂紋和硫化物應(yīng)力腐蝕敏感性與材料中S 元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有密切關(guān)系,S 元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低,氫致裂紋和應(yīng)力腐蝕敏感性也降低[ 2～5 ] 。Q245R(R2HIC) 鋼是采用電爐+ 爐外精煉方式冶煉,使S 元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到0. 003 %以下,從而提高其抗氫誘導(dǎo)裂紋和硫化物應(yīng)力腐蝕能力。普通Q245R 鋼和Q245R (R2HIC) 鋼的這些差別導(dǎo)致二者的性能和使用場(chǎng)合也有很大不同。筆者以某壓縮機(jī)出口分離器的制造為例,從多方紹選用Q245R ( R2HIC) 抗氫鋼時(shí)設(shè)備的制造特點(diǎn)。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及參數(shù)

某壓縮機(jī)出口分離器為板焊結(jié)構(gòu)壓力容器,采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,法蘭與接管為對(duì)焊連接,接管與筒體為嵌入式連接結(jié)構(gòu),其簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1 。設(shè)備直徑1 600 mm , 總高7 650 mm ,質(zhì)量16 200 kg ,設(shè)計(jì)壓力5. 0 MPa ,設(shè)計(jì)溫度80 ℃,體積12. 5 m3 ,工作介質(zhì)為輕烴、天然氣及含油污水。筒體和封頭的材質(zhì)為抗氫鋼Q245R ( R2HIC) , 法蘭及接管為20(R2HIC) 鍛件,腐蝕裕度3 mm ,焊接接頭系數(shù)1. 0 ,

臥置水壓試驗(yàn)壓力6. 58 MPa 。　該分離器按GB 150 —1998《鋼制壓力容器》要求進(jìn)行制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收[ 6 ] 。

2 材料控制

2. 1 鋼板

Q245R(R2HIC) 鋼板應(yīng)采用電爐+ 爐外精煉方式冶煉,應(yīng)為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼,實(shí)際晶粒度達(dá)到6 級(jí)或6 級(jí)以上。鋼板以正火狀態(tài)交貨,布氏硬度值不大于200HB ,鋼板試樣經(jīng)模擬焊后熱處理后的力學(xué)性能及工藝性能符合表1 規(guī)定,考慮全部受熱史,其模擬焊后熱處理溫度為610～635 ℃,保溫時(shí)間8 h 。

此外,鋼板應(yīng)做厚度方向拉伸試驗(yàn),斷面收縮率Z ≥35 %為合格。　　鋼板化學(xué)成分除應(yīng)符合GB 713 —2008《鍋爐壓力容器用鋼板》的有關(guān)規(guī)定外[7 ] ,還應(yīng)符合表2 規(guī)定。表2 中碳當(dāng)量( CE) 按公式CE = w ( C) + w(Mn) / 6 + [ w (Cr) + w (Mo) + w (V) ]/ 5 + [ w (Ni)+ w (Cu) ]/ 15 計(jì)算[3 ] ,其中Ca 值僅供參考,不作為驗(yàn)收條件。

鋼板需逐張進(jìn)行超聲波檢測(cè),符合JB/ T 4730.1～4730. 6 —2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, Ⅱ級(jí)為合格[8 ] 。鋼板應(yīng)按GB/ T 8650 —2006《管線鋼和壓力容器鋼抗氫致開(kāi)裂評(píng)定方法》進(jìn)行抗氫誘導(dǎo)裂紋( R2HIC) 試驗(yàn)[9 ] ,采用A 溶液,3 個(gè)試樣裂紋長(zhǎng)度敏感率(CL R) 的平均值為CL R ≤10 %,裂紋敏感性敏感率( CSR) 平均值為CSR ≤3 % , 裂紋厚度敏感率(CTR) 的平均值為CTR ≤1. 5 %。鋼板應(yīng)按GB/ T 4157 —2006《金屬在硫化氫環(huán)境中抗特殊形式環(huán)境開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)》進(jìn)行抗硫化物應(yīng)力腐蝕(SSCC) 試驗(yàn)[10 ] , 屈服強(qiáng)度損失不大于10 %為合格。

表1 Q245R( R2HIC) 鋼板力學(xué)性能

厚度/

mm

屈服強(qiáng)度ReL / MPa  抗拉強(qiáng)度 彎曲

Rm/ MPa

180°

試驗(yàn)b = 2 a

斷后伸長(zhǎng)率

A/ %

沖擊功(0 ℃) A KV/ J

36～60 ≥225 400～520 d = 1. 5 a ≥25 ≥31

表2 Q245R(R2HIC) 鋼板材料化學(xué)成分%

元素C Si Mn P S Ca O CE

質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0. 20 0. 15～0. 30 0. 40～0. 90 ≤0. 015 ≤0. 003 0. 001 5～0. 003 0 ≤0. 004 ≤0. 36

2. 2鍛件

法蘭和接管所用20 (R2HIC) 鍛件的各參數(shù)及各項(xiàng)性能除必須滿足JB/ T 4726 —2000《壓力容器用碳鋼和低合金鋼鍛件》的規(guī)定外[11 ] , 還應(yīng)該滿足以下要求: ①鍛件用鋼采用電爐+ 爐外精煉方式冶煉,應(yīng)為本質(zhì)細(xì)晶粒度鎮(zhèn)靜鋼,應(yīng)具有5 級(jí)或5 級(jí)以上的實(shí)際晶粒度。②鍛件主截面部分的鍛造比不得小于3 ,正火狀態(tài)交貨。③鍛件化學(xué)成分除應(yīng)符合文獻(xiàn)[ 8 ]規(guī)定外,還應(yīng)控制元素S 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0. 003 % ,元素P 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0. 015 %。④鍛件力學(xué)性能應(yīng)為經(jīng)正火+ 模擬焊后熱處理后所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。⑤鍛件中脆性?shī)A雜物、塑性?shī)A雜物不得大于2. 5 級(jí),且兩者總和不大于4. 5 級(jí)。⑥鍛件的抗氫誘導(dǎo)裂(R2HIC) 試驗(yàn)執(zhí)行文獻(xiàn)[9 ] ,抗硫化物應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)執(zhí)行文獻(xiàn)[10 ] 。

2. 3 焊接材料

應(yīng)選擇經(jīng)過(guò)焊接工藝評(píng)定合格,適用于Q245R(R2HIC) 鋼板和20 (R2HIC) 鍛件焊接的焊材。焊條除滿足JB/ T 4747 —2002《壓力容器用鋼焊條訂貨技術(shù)條件》外[12 ] ,所用的焊條、焊絲化學(xué)成分至少滿足w(C) ≤0. 12 %,w(S) ≤0.005 %,w(P) ≤60. 012 %。焊縫熔敷金屬氫誘導(dǎo)裂紋(R2HIC) 試驗(yàn)按文獻(xiàn)

[9 ]進(jìn)行,抗硫化物應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)按文獻(xiàn)[ 10 ]進(jìn)行。在正火+ 模擬焊后熱處理試樣上進(jìn)行硬度檢測(cè)(含母材、焊縫、熱影響區(qū)、熔合線) ,平均硬度不大于200HB。

3 制造及檢驗(yàn)

3. 1 封頭

設(shè)備封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭,設(shè)計(jì)厚度為48 mm ,考慮加工減薄量,下料厚度取54 mm。采用整體熱壓成形,加工工藝為,封頭熱壓開(kāi)始溫度為960 ℃,終壓溫度為860 ℃。母材驗(yàn)證試件隨封頭經(jīng)歷全部正火溫度重疊,需要對(duì)封頭(帶驗(yàn)證試件) 恢復(fù)正火熱處理,試件模擬整體焊后熱處理后進(jìn)行各項(xiàng)力學(xué)性能檢驗(yàn)。

封頭端口和頂部中心孔采用立式車(chē)床加工,坡口形式按焊接工藝要求。

3. 2 筒體

下料展開(kāi)長(zhǎng)度按筒體中徑計(jì)算,適當(dāng)考慮厚板展開(kāi)的中徑偏移量,控制展開(kāi)長(zhǎng)度誤差為±2 mm ,對(duì)角誤差為±2. 5 mm。在冷卷成形前加工環(huán)焊縫坡口。根據(jù)卷板機(jī)的規(guī)格和卷板能力,冷卷筒體時(shí)預(yù)留180 mm 壓頭直邊,預(yù)彎后用半自動(dòng)火焰切割機(jī)切去直邊,在專(zhuān)用縱縫銑邊機(jī)上加工縱焊縫坡口后,繼續(xù)卷圓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)

允許的棱角度和圓度要求。縱焊縫焊接后在卷板機(jī)上重新校圓,冷卷成形后需要對(duì)單個(gè)筒節(jié)進(jìn)行中間消除加工應(yīng)力熱處理。之后進(jìn)行筒節(jié)間環(huán)焊縫組對(duì)以及環(huán)焊縫焊接。筒體組對(duì)完成后劃線開(kāi)孔,火焰切割開(kāi)孔時(shí)預(yù)留5～8 mm 加工余量,由鏜床加工至所需尺寸。

3. 3 焊接

(1) 焊接方法　縱、環(huán)焊縫均采用窄間隙埋弧自動(dòng)焊,接管與法蘭采用鎢極氬弧焊+ 焊條電弧焊,嵌入式接管凸緣與筒體采用手工電弧焊。

(2) 焊接材料　依據(jù)圖樣技術(shù)要求,為使焊縫化學(xué)成分與母材一致[3 ] ,條選用哈爾濱焊接研究所生產(chǎn)的J 427SHA ,焊絲、焊劑組合選用H08ASHA+ 4SHA 。

(3) 腐蝕試驗(yàn)　進(jìn)行焊縫熔敷金屬抗氫誘導(dǎo)裂紋(R2HIC) 試驗(yàn)和抗硫化物應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。R2HIC試驗(yàn)溶液為A 溶液(p H = 3. 0) ,并用H2 S 氣體飽和,持續(xù)時(shí)間96 h ,對(duì)檢測(cè)面進(jìn)行金相檢驗(yàn),查看裂紋情況,結(jié)果裂紋長(zhǎng)度敏感率(CL R) 、裂紋敏感率(CSR) 和裂紋厚度敏感率(CTR) 均為0 。SSCC 試驗(yàn)介質(zhì)為0. 5 %冰醋酸+ 5 %NaCl + 飽和H2 S 水溶液,在恒負(fù)荷拉伸應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,按材料標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度值的0. 9 倍的應(yīng)力級(jí)別加載,最長(zhǎng)試驗(yàn)周期為720 h ,期間不發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂為合格[ 1 ] 。

(4) 焊縫坡口　根據(jù)窄間隙埋弧焊特點(diǎn)確定縱、環(huán)焊縫坡口形狀(圖4) ,保證根部平滑無(wú)尖角,焊接時(shí)熔化良好,填充金屬較少且焊接生產(chǎn)效率高。焊前坡口表面需按文獻(xiàn)[ 8 ] 進(jìn)行100 %磁粉檢測(cè)(MT) , Ⅰ級(jí)合格。