0Cr18Ni10Ti换热器热处理后产生裂纹原因分析及改进措施

材料与焊接石油化工设备技术，2012，33461PETROCHEMICALEQUIPMENTTECHNOLOGY0CRL8NIL0TI换热器热处理后产生裂纹原因分析及改进措施林罡明抚顺石油机械有限责任公司，辽宁抚顺113004摘要0CRL8NIL0TI奥氏体不锈钢一般情况下具有良好的焊接性能，但由于其组织和成分的特殊性使其在某些操作条件下，会在焊接部位产生裂纹。文章分析了0CRL8NIL0TI奥氏体不锈钢换热器在稳定化热处理后产生裂纹的原因，提出了有针对性的改进措施，为解决0CRL8NIL0TI奥氏体不锈钢在热处理后出现裂纹的问题提供了一定的参考依据。关键词0CRL8NIL0TI奥氏体不锈钢稳定化热处理裂纹改进措施0CRL8NIL0TI奥氏体不锈钢是在18铬铁素体型不锈钢中加入镍、锰、氮等奥氏体形成元素而获得的，其在焊态下具有较好的韧性和塑性，及良好的力学性能、高温强度和优良的耐腐蚀性能，因而广泛应用在石油化工等领域中。0CRL8NIL0TI奥氏体不锈钢的性能虽好，但是由于其自身的组织和成分存在特殊性，也就会存在一定的不足，如会产生焊接热裂纹、晶问及应力腐蚀，此外因导热性能差、线膨胀系数大，会导致较大的焊接应力和焊接变形等。在制造过程中尤其是焊接环节，若操作不当，就会在焊接部位产生裂纹。如果处理不及时，就会给设备的安全运行带来隐患。1裂纹产生原因分析2010年某公司为一炼油厂制造1台公称直径DN400、主要材质为0CRL8NIL0TI的“U”形管换热器，简体采用锻制筒节然后环向组焊的结构具体设计参数见表1。在制造过程中，按照图纸的要求对焊接接头进行焊后稳定性处理，但热处理后在插入式接管焊缝根部、管箱隔板角焊缝等部位发现多处纵向裂纹，而且在这些裂纹中，插入式接管焊缝根部的裂纹尤其严重。虽然对焊缝进行了仔细打磨精心返修，但对管箱再次进行稳定性处理后，仍然在焊缝的一些部位有裂纹产生。针对此种情况，公司领导立即组织相关技术人员对设备在制造过程中裂纹产生的原因展开了详细的分析调查研究。表1换热器设计参数11材料化学成分及焊缝金相组织因素1母材化学成分0CRL8NIL0TI板材和0CRL8NI10TILLI锻件的化学成分及力学性能经过检验，各项指标都满足相应标准及图纸技术条件中所提出的各项要求。2焊条化学成分焊条化学成分检测结果见表2。从表2可知，硅、硫、磷含量虽然在焊条熔敷金属中没有超出标准规定的范围，但其含量已比较接近标准上限。硅是相形成元素，在焊接中还起脱氧的作用，少量硅有利于提高抗裂性能，还可提高焊缝强度，但其含量超过04时，反而会因为形成硅酸盐杂质而降低焊缝金属的抗裂性收稿日期2012OL0G。作者简介林罡明，男，辽宁省抚顺人，1997年毕业于辽宁石油化工大学化工机械专业，学士学位，从事压力容器设计及审核工作，容器室主任，工程师。EMAILXIAOFENG7867163COI1第33卷第4期林罡明0CRL8NIL0TI换热器热处理后产生裂纹原因分析及改进措施的导热率小约为碳钢的13，而线膨胀系数大，焊后的焊接接头会产生较大的焊接残余应力。由于现场施工条件较差，造成焊缝表面成形不良，存在一定的应力集中，再加上焊接电流偏大导致的焊接线能量过大，晶问低熔点共晶物的熔化严重，晶界处于液态的时间较长。焊缝金属及近缝区在高温下承受较高的拉伸应力和拉伸应变，是产生热裂纹的基本条件J。2改进措施21减小熔合比减小熔合比有利于减少母材有害杂质对焊缝的影响，有利于焊缝区化学成分的均匀化，从而保证按照防止热裂纹出现所必须的凝固模式顺利实施。22加入铁素体形成元素设备焊接时向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素，尽量使焊缝金属呈双相组织。同时控制铁素体含量在35。铁素体可以细化奥氏体组织，能大量溶解有害的S、P杂质，并在一定程度上打乱树枝状晶的方向性，使柱状晶变细，晶界增多，将易熔共晶物分割在不连续晶界上，从而降低热裂纹倾向。焊材改用E34715型碱性焊条，因E34715碱性焊条的焊缝具有良好的抗裂性能和力学性能，脱硫、脱磷能力强，焊接接头含氢量低，同时药皮有去氢作用，故又称为低氢型焊条，其成分见表3。表3E34715焊条熔敷金属化学成分比较W，23消除应力热处理经过与设计单位沟通协商，在征得设计方同意后，将焊后热处理的温度改为450500，同时增加焊接接头晶问腐蚀试验。通过验证，上述做法在消除一定残余应力的同时亦能满足抗晶问腐蚀要求。24规范焊接工艺焊接坡口表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷，并进行100PT检测I级合格。SMAW焊接时采取小线能量、短弧焊接、保持弧压稳定、不摆动或轻微摆动摆动不大于3倍焊条直径，多层焊时各层焊道间接头应错开，每层焊后彻底清除焊渣和表面缺陷，合格后施焊下一层。施焊过程中确保收弧和引弧质量，发现缺陷应立即清除，确认无缺陷后再继续施焊，尽量避免应力集中的发生；层间温度控制在150以下。接管与壳体及封头的焊缝，焊完第一层后进行100PT检测，焊接完成后对里外口焊缝进行修磨。焊接时的焊接参数见表4。接管和筒体的焊接接头形式见图3。表4接管根部位置焊接参数图3接头形式示意参考文献331胡大永奥氏体不锈钢压力容器焊接裂纹的产生原因及其预防EJ有色金属，2008，4192