SHT3423-2011石油化工管式炉用铸造高合金炉管及管件技术条件讲义.ppt

SH/T 3423-2011 石油化工管式炉用铸造高合金炉管 及管件技术条件 使用范围 本标准规定了石油化工管式 炉用材料为25Cr- 20Ni(HK40)及其以上级别高 合金铸造炉管及管件的材料 、制造、检验、标志、包装 、运输和贮存等要求。 本标准适用于石油化工管式 炉用合金含量在18Cr-lONi- Nb及合金含量更高级别的离 心涛造合金炉管和静态铸造 合金管件。 质量升级改造工程新建制氢 装置转化炉和加氢裂化装置 中炉管及管件有如下主要材 料： HP40Nb(25Cr35NiNb-MA) Cr25-Ni20 25Cr32NiNb TP347H（18Cr10NiNb） 均符合本规范的使用范围。 上述炉管及管件的化学成分应符合下 表的规定 可以使用合金分析仪进行化学成分分 析，允许偏差应符合本规范附录B的 规定。 按照设计文件，其中TP347H应符合 ASTM A312M或炉管进口国的有关标 准 硅（Si） 提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化 程度使钢的韧性和塑性降低； 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服 极限和屈强比； 耐腐蚀性。硅的质量分数为15一20 的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含 有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也 将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高 温时的抗氧化性。 缺点：使钢的焊接性能恶化。 钢中各元素对性能的影响 锰（Mn） 锰能提高钢的淬透性。 锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有 显著的作用。 锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 缺点： 含锰较高时，有较明显的回火脆性； 锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对 过热较敏感，可用加入细化晶粒元素如钼 Mo、钒V、钛Ti等来克服； 当锰的质量分数超过1时，会使钢的焊 接性能变坏； 锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 钢中各元素对性能的影响 铬（Cr） 可提高钢的强度和硬度； 可提高钢的高温机械性能； 使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性； 阻止石墨化； 提高淬透性。 缺点： 显著提高钢的脆性转变温度； 促进钢的回火脆性。 钢中各元素对性能的影响 镍（Ni） 可提高钢的强度而不显著降低其韧性； 可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢 的低温韧性； 改善钢的加工性和可焊性； 可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸 ，而且能抗碱和大气的腐蚀。 钢中各元素对性能的影响 铌（Nb） 铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并 与之形成相应的极为稳定的化合物，因而 能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火 脆性； 有极好的抗氢性能； 铌能提高钢的热强性。 钢中各元素对性能的影响 钢中各元素对性能的影响 (a)0.8Nb；(b)2.1Nb 钢中各元素对性能的影响 (a)0.8Nb；(b)2.1Nb 磷（P） 磷是由矿石带入钢中的，一般说磷是有害 元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高， 但引起塑性、冲击韧性显著降低。特别是 在低温时，它使钢材显著变脆，这种现象 称“冷脆“。 冷脆使钢材的冷加工及焊接性 变坏，含磷愈高，冷脆性愈大，故钢中对 含磷量控制较严。高级优质钢： P 0.025%；优质钢： P0.04%；普通钢： P 0.085%。 钢中各元素对性能的影响 硫（S） 硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它也是 钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的 形态存在于钢中，FeS和 Fe形成低熔点化 合物。而钢材的热加工温度一般在1150 1200以上，所以当钢材热加工时，由于 FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这 种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆 现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控 制。高级优质钢：S0.02%0.03%；优质 钢：S0.03%0.045%；普通钢：S 0.055%0.7%以下。 钢中各元素对性能的影响 钼（Mo） 钼对铁素体有固溶强化作用； 提高钢热强性； 抗氢侵蚀的作用； 提高钢的淬透性。 缺点： 钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发 生石墨化的倾向。 钢中各元素对性能的影响 钛（Ti） 改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能 及高温持久强度； 提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使 钢在高压下对氢的稳定性高达600以上， 在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高 温下的石墨化现象。 因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中 的重要合金元素之一。 钢中各元素对性能的影响 炉管的铸态外表面粗糙层厚度应不大于 0.8mm； 炉管断面的最小密实层厚度应符合买方要 求。密实层厚度为铸造壁厚减去外表面粗 糙层和内表面疏松层之后的厚度。 炉管断面最小密实层低倍组织在任意情况 下其结构基本上应是同心的。 低倍组织 管段应采用金属模离心铸造而成。管段冷 、热两端应各切除至少100mm，再根据需要 焊接成炉管。 除另有规定外，组焊炉管的焊接接头数量 应符合下面的规定： a）炉管的全长小于等于10m时，最多3个； b）炉管的全长大于10m时，最多4个。 炉管中仅允许有一根长度小于2m的管段， 且该管段的长度不得小于1.2m，其组焊位 置应放在炉管的端部。 制造要求 炉管内、外壁机加工时，炉管内壁机加工 的金属切削量不得小于1.2mm，应确保表面 上的疏松层被切掉；外壁机加工的金属切 削量不得小于0.8mm。 管件应采用树脂砂或失蜡法静态铸造。 除另有规定外，管件的铸造壁厚可根据铸 造工艺要求在设计最小铸造壁厚(MCW)的基 础上增厚，但增厚量不得大于MCW的25%。 管件内部通道剖面为变截面者应逐渐平滑 过渡。 因铸造技术工艺的限制而要求对管件设计 做改动时，应经买方书面同意后方可制造 。 制造要求 管件内外表面应清理干净，不得有粘砂、 夹渣、裂纹及机械伤痕等缺陷。若上述缺 陷存在时，允许修磨。修磨处与未修磨部 位应平滑过渡，且修磨后的壁厚不应小于 设计要求的最小壁厚，否则应予补焊。 除图样另有规定外，炉管及管件的焊接坡 口及附近25mm区域内应进行内外表面机械 加工。相焊件坡口处的内壁错边量应符合 SH/T 3417-2007的有关规定。机加工表面 与铸态表面应光滑过渡，锥度不宜超过1:4 炉管和管件在制造、加工、试验、检验等 过程中，均应进行标记移植，标记移植所 用的墨水成分不得含Sn、Pb、Zn、S、Cl等 对炉管和管件有害的元素。 制造要求 管段内外表面均进行机械加工的公差应符 合以下规定： a)外径极限偏差：01.0mm； b)内径极限偏差：-1.00mm； c)同截面上壁厚极限偏差：最小壁厚的10% 或1Omm（取最大值）。 管段外表面为铸态，内表面进行机械加工 的公差应符合以下规定： a)外径极限偏差应不大于表4中的规定值； b)内径极限偏差：-1.00mm； c)同截面上壁厚极限偏差： 01.0mm（外径lOOmm）； 01.0mm（外径lOOmm）。 尺寸极限偏差 管段内外表面均不进行机械加工，以铸态交货的公 差：铸态壁厚为密实层厚度加上为了保证最小密实 层壁厚（设计要求值）的内径裕量和外表面粗糙层 厚度，且铸态壁厚偏差应满足表5的规定，不允许有 负偏差。 尺寸极限偏差 管段的其他要求应按以下规定： a)机加工管段圆度偏差为壁厚的5%; b)直线度为任意1m长度内不大于1.0mm。 炉管的直线度为任意1m内不大于1.0mm，且 炉管的长度不超过6m时，全长直线度应不 大于4.Omm;长度大于6m小于lOm时，全长直 线度应不大于6.Omm；长度超过lOm时，全 长直线度应不大于8.Omm。 炉管的长度极限偏差应符合表6 尺寸极限偏差 管件的形状和尺寸应符合设计文件的规定 。如无特殊要求，管件的尺寸公差应符合 GB/T6414-1999的规定。 除另有规定外，管件不加工表面的尺寸公 差应符合GB/T6414-1999中的CT10级精度规 定。 机加工表面的加工余量由创造商根据加工 精度和粗糙度的要求确定。 管件机加工未注明的尺寸公差应符合GB/T 1804-2000中公差等级为中等m级的规定。 尺寸极限偏差 炉管内壁机加工表面粗糙度应不低于Ra3.2m。 除另有规定外，焊接坡口处机加工表面粗糙度应不 低于Ra6.3m 。 管件不加工表面粗糙度应不低于Ra12.5m 。 炉管和管件的焊接工艺评定、焊材选用、焊接质量 、检查和验收等要求应符合SH/T 3417的规定。 焊接时不得使用衬环等衬垫。 粗糙度与焊接 炉管和管件不加工的外表面应进行喷石英砂或喷 不锈铜丸处理，不得采用喷铁丸或用碳钢丝清理 。 对外表面不加工的炉管，其外表面应呈现均匀分 布的杨梅粒子状态。 炉管表面不得有气孔、缩孔、砂眼、裂纹等缺陷 。 管件内外表面应光洁，不得有裂纹、冷隔、夹砂 和夹渣等铸造缺陷。 管件的浇冒口切割应平整，无裂纹。经表面处理 后，不得有多肉、飞边、粘砂等影响外观质量的 缺陷。缺肉深度不得深入到规定的最小壁厚。 焊接接头的表面质量应符合SH/T3417-2007中， 6.3条的规定。 外观质量 管段的铸造缺陷不得焊补。 管段水压试验时发现的渗漏缺陷不得补焊 。 除不得进行补焊的缺陷外，允许焊补管件 上的其他缺陷，焊补金属应与铸件相同或 相近。 大面积焊补应征得买方书面同意。焊补缺 陷的挖槽深度大于壁厚的20%，或挖槽面积 大于65cm2时均属大面积焊补。 管件焊补前，应把缺陷清除干净，经铲凿 、打磨或其他机加工方法露出密实金属表 面，要焊补的边缘和靠近边缘的部位应彻 底清除掉所有的污物，如油、涂料、低熔 点金属、氧化物、水分等。 缺陷的修补 管件同一部位的焊补次数不得超过两次。 管件焊补后应将焊补部位打磨，使其与本 体平滑过渡，并经渗透检测合格。 管件有下列情况之一时，不得进行焊补： a)成品试压渗漏的缺陷； b)成片疏松或密集气孔； c)设计文件规定不允许焊补的缺陷。 存在超标缺陷的焊接接头应进行修补。焊 接接头修补应符合SH/T 3417-2007中6.4条 的规定。 焊接接头同一位置的修补次数不得超过两 次。 缺陷的修补 18Cr-10Ni-Nb材质的管件应进行固溶处理 （最低温度为1065）。管件补焊后应再 次进行固溶处理。除另有规定外，其他材 质的管段、炉管、焊接接头和管件均不需 要进行热处理。 在ASTM A351/A351M-06中规定CF8C材料应 在不低于1065的温度下进行热处理。 热处理是将金属材料放在一定的介质内加 热、保温、冷却，通过改变材料表面或内 部的金相组织结构,来控制其性能的一种金 属热加工工艺。 热处理 制造商应提供材质的高温持久性能数据。 炉管和管件应在下列范围进行100%的渗透 检测： a)管段外表面； b)焊接坡口区域（机加工及距端口25mm 范围内的内外表面）； c)打底和盖面焊缝表面； d)缺陷焊补区； e)外观检查发现的可疑部位。 炉管和管件的铸造表面渗透检测应按 GB/T9443-2007的规定进行，质量等级评定 01级为合格。其他表面的渗透检测应按 JB/T4730.5-2005的规定进行，质量等级评 定I级为合格。 试验方法与检验规则 应对炉管下列部位进行100%的射线检测： a)所有对接焊缝； b)对接焊缝返修部位； c)所有外观检查有怀疑处。 应对管件下列部位进行100%的射线检测： a)管件焊接坡口及其相邻13mm范围的区域； b)深度超过3mm的焊补金属区域； c)所有外观检查有怀疑处。 应对每一砂型浇注出的第一个铸件以及其后每炉铸 件中的任意一个进行射线检测。除此以外的铸件， 应抽取不少于该铸件数量的10%，最少为1个进行射 线检测。检查范围为： a)管件浇口切割处； b)管件冒口切割处。 试验方法与检验规则 焊接接头射线检测应按照JB/T4730.2-2005 的规定进行，射线透照质量等级不得低于 AB级，合格级别为II级。 对内表面机加工的管段应按照JB/T4730.6- 2005逐根进行100%涡流检测，缺陷深度小 于0.125mm的管段视为合格。 水压试验用水应符合饮用水标准的规定， 水中氯化物含量应不超过50mg/L，水温不 低于5。 水压试验无渗漏为合格。 试验方法与检验规则 炉管和管件应逐根（件）进行水压试验。 试验压力按设计文件要求，稳压时间不少 于10min。当铸造质量有疑问时，稳压时 间增至30min。水压试验应在无损检测合 格后进行。试验完毕应将水吹干。 水压试验报告应注明编号、试验压力、保 压时间及合格与否的结论。 在ASMT A608/A608M-06中规定：所有管 段均应浸没在清水或在整个外表面上涂以 无硫肥皂水，在不小于515kPa的内部空气 压力下试验至少1min。 试验压力按ASMT A999/A999M-04a中的 有关规定执行。 试验方法与检验规则 经检验合格后待发运的炉管和管件，应逐 根（件）标注合格标志。 已包装的每组炉管，在包装架的中部和两 端应分别钉上内容相同的铝质或耐腐蚀材 料制作的标牌。标牌上应注明以下内容： a)合同编号； b)材料牌号； c)炉管（组）编号； d)包装后的长、宽、高； e)净重和毛重； f)制造商名称； g)出厂日期。 标志、包装、运输和贮存 每个管件可采用喷涂、膜印、打印、电蚀 等方法标记耐久性标志。 管件采用打钢印时，其印痕深度不得超过 该管件壁厚的下偏差。 所有非永久性标记应采用非水溶性墨水或 油漆书写，其成分不得含有侵蚀性及在环 境温度和高温下对奥氏体有害的物质，如 ：Sn、Pb、Zn、S、Cl等。通常可接受的标 记油漆为醇酸基氧化钛颜料和碳酸钙填充 料。 炉管和管件包装前应进行清理，去除内外 表面的污物和异物。应清除表面上所有在 高温下对金属有害的油漆、油脂和印记， 并对管内进行干燥处理。 标志、包装、运输和贮存 炉管和管件的现场焊接坡口应妥善保护。 两端管口用特制的木盖或不含氯的塑料盖 （如聚乙烯帽）封牢。 管段和炉管均应采用槽钢或角钢、木制垫 块和螺栓成排分层卡夹固定。包装夹具应 牢固可靠，确保每组炉管成一个刚性整体 。每个包装架上应设有吊耳等吊装构件。 非奥氏体金属材料不得与炉管直接接触。 零散的管段和管件等应用木