低温压力容器用钢及其焊接与检测VIP

经验交流 机械研 究与应 用 低温压 力容器用钢及 其焊接 与检 测 高 军 ( 甘 肃省锅 炉压力容 器检验研究 中心 ， 甘肃 兰州7 3 0 0 2 0 ) 摘要 ： 主要介绍低温压力容器制造用钢及其焊接特点和检测要求， 其 中对低温钢的焊接特点以及低温钢压力容器 制造 的特殊检验要 求进行 了重点介 绍。 关键词 ： 压 力容器 ； 低 温钢 ； 焊接 ； 检 测 中图分类号： T H 4 3 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 7 4 4 1 4 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 1 6 2 - 0 2 W e l d i ng a nd t e s t i ng o f s t e e l s us e d f or l o w t e mpe r a t ur e pr e s s ur e v e s s e l Ga o J u n ( R e s e a r c h c e n t e r o f G a n s u b o i l e r a n d p r e s s u r e v e s s e l i n s p e c t i o n ， L a n z h o u G a n s u 7 3 0 0 2 0， C h i n a ) Abs t r a c t ：I n t h e a r t i c l e ， t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d t e s t i n g r e q u i r e me n t s o f l o w t e mp e r a t u r e p r e s s u r e v e s s e l a r e ma i n l y i n t r o d u c e d， t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f l o w t e mp e r a t u r e s t e e l a n d s p e c i a l i n s p e c t i o n r e q u i r e me n t s o f p r e s s ure v e s s e l a r e i n t r odu c e d i n d e t ail Ke y wo r d s：p r e s s u r e v e s s e l ；l o w t e mp e r a t u r e s t e e l ；w e l d i n g；t e s t 1 引 言 低温用钢主要用于低温条件工作的容器、 管道和 钢结构。在压力容器行业 中， 设计温度低 于或等于一 2 0 的压力容器称 之为低温压力容器 ( 简 称低温容 器) 。凡用 来 制造 低温设 备 的钢 ， 称之 为低温用 钢 ( 以下简称低温钢) 。 随着我国炼油化工工业的迅猛发展 ， 各种液化石 油气、 液氨、 液氧、 液氢、 液氮等介质的生产、 储存、 运 输设备， 化肥、 乙烯、 煤液化、 海洋工程、 冷冻设备等装 置的大量建造 ， 低温钢 的需求量 日益增 多； 且对低温 钢也提 出了越来越高 的要求。 2 低温钢的分类 低温钢一般指镍铬合金和碳锰合金。通常根据 环境温度、 合金含量、 组织及合金系统中的镍、 铬元素 含量把低温钢进行分类。根据温度等级可分为一 2 O 一 4 0 、 一5 O 一8 O 、 一1 0 0 一1 1 0 、 一1 9 6 一 2 6 9 等四个级别。按合金元素和组织的不同可分为 低合金铁素体钢、 中合金低碳马氏体钢和高合金奥氏 体钢 。 按合金系统中有无镍、 铬元素又可分为无镍、 铬 低温钢 以及含镍、 铬低温钢 。由于合金元素在钢中的 固溶强化、 细晶强化的作用 ， 并且正火、 回火以后钢组 织中的晶粒可 以得到进一步的细化 ， 从而使钢材的低 温韧性得到提高 ， 延长材料的使用寿命 。 目前普遍使用的低温钢材料均含有镍元素， 对于 相同规格的钢材增加镍元素的含量， 可以在保证相同 韧性条件下使用温度可 以大幅降低。 3 压力容器制造用低温钢 G B 1 5 0 1 9 9 8 ( 钢制压力容器 附录 C规定， 设计 温度低于或等于一 2 0 的钢制压力容器为低温容器。 众所周知 ， 钢材在低温条件下工作时具有冷脆性。衡 量低温钢性能的主要指标是低温韧性 ， 即低温下的冲 击韧性和脆性转变温度 ， 钢 的低温冲击韧性越高 ， 脆 性转变温度越低 ， 则该钢低温韧性越好。 钢的成分和组织对低温性能都有显著影响， 磷、 碳、 硅使钢的脆性转变温度升高， 其中尤以磷、 碳最为 显著 ， 而锰和镍会使脆性转变温度降低 ， 对低 温韧性 有利 。钢 中含镍量增高时 ， 可以使其在更低的温度下 保持相当高的冲击韧性 。一般来说 ， 具有面心立方 晶 格的金属 ， 其韧性随温度的变化极小 ， 1 8 8型奥 氏体 不锈钢就是由于具有面心立方晶格， 故在很低的温度 下仍具有较高的冲击韧性。此外， 钢的晶粒越细， 低 温冲击韧性越好。 低温钢通过严格控制钢材 中的碳、 硫 、 磷含量或 加入一些钒 、 铝、 钛和镍等合金元 素 ， 达到 固溶强化 、 晶粒细化的 目的， 并通过正火或正火+回火处理来 细 化晶粒， 使组织均匀化或使钢具有面心立方 晶格 ， 从 而使钢在低温下具有足够的低 温韧性及抵抗脆性破 坏的能力 ， 以保证设备在低温条件下能安全运行 。 无镍钢低温钢的最低使用温度为一 5 0 ， 含 镍钢 最低使 用 温 度根 据含 镍 量 的 多少 范 围 在 一6 O一 1 9 6 C之间， 一1 9 6 C以下则使用奥 氏体 不锈钢 ， 表 1 为部分典型的低温钢的低温冲击韧性指标 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 一 o 9 一l O 作者简介 ： 高军( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 甘肃 张掖人 ， 高级 工程师 ， 主要从事压力容器检验方面 的工作。 1 6 2 机械研究与应用 表 1部分典型低 温钢 的低 温冲击韧 性 钢材牌号 使用状态右 x v 一 0 90 9Mn Ni DR 正 火 - 7 0 2 7 正火+ 回火 ： ! 丝 旦 墼2 至 ： 至 4 低温钢焊接 4 1 低温钢的焊接特点 对不含镍 的低温钢而言 ， 一般可不预热或用较低 的预热温度来进行焊接 ， 当板厚较厚或低温环境下焊 接时， 才需要一定 的预热温度。这一类钢焊接 时， 只 要选择相匹配的焊材和合适 的工艺 ， 保证焊缝及热影 响区的低温韧性是不 成问题 的。含镍低温钢由于添 加了镍 ， 虽然对冷裂纹倾向影响不显著， 但却增大了 热裂纹的倾向 ， 必须严格控制钢及焊材中的碳、 硫、 磷 含量， 同时采用合适的焊接规范， 避免形成窄而深的 焊道成形截面， 就可以有效地避免热裂纹的产生。 4 2 低温钢焊材选用 ( 1 )所选用 的焊材必须保证焊缝含有最少 的有 害杂质( S 、 P 、 0、 N等 ) ， 对于含镍低温钢尤其要严格 控制 。( 2 )选用的焊材应保证焊缝金属的低温韧性 。 对于含镍低温钢 ， 选用的焊材的含镍量应与母材相当 或稍高。表 2 为部分典型低温钢用焊接材料。 表 2部分典型低温钢用焊接材料 焊材公 司 1 6 M n DR 0 9 Mn Ni DR 3 5Ni 鱼整 鱼签 焊条 J 5 0 7 D R W7 0 7 DR W1 0 7 D R 焊丝哈焊所H 0 9 Mn D R H 0 9 Mn N i DR H 0 6 Mn 3 5 D R 壁 Q 旦 星Q 旦 丝 Q 垦 4 3压力容器用低 温钢焊接要点 ( 1 )采用小的焊接热输入量 为避免焊缝及热 影响区形成粗大组织而使其冲击韧性严重降低， 必须 采用较小 的焊接热输人量量 ， 具 体是焊接 电流不宜 大 ， 焊条 电弧焊时焊条尽量不摆动 ， 采用窄焊道、 多道 多层焊和快速多道焊 以减小焊道过热 ， 并通过多层焊 重复加热作用细化晶粒。多层焊时要严格控制层问 温度 。 ( 2 )选择适当的焊接速度对于含镍低温钢进 行埋弧 自动焊时 ， 切不可以提高焊接速度来获得较低 的焊接线能量。因为 当焊接速度较高时， 熔池形成典 型的雨滴状 ， 且焊道成形变成窄而深的截面形状 ， 此 时就易产 生焊道 中心的热裂纹 。所 以， 这类 钢焊接 时 ， 焊接速度要选择适当， 不可过小 ， 也不可过大。 ( 3 )避免咬边缺 陷 低温钢焊接时应注意避免 经验交流 弧坑 、 未焊透及咬边等缺陷 ， 这些缺陷在低温条件下 ， 在应力作用时， 都会造成较大的应力集 中而引起脆性 破坏。所以对于低温压力容器而言 ， 不允许有任何尺 寸的咬边缺陷存在。 5 检测 低温钢 ( 一般指设计温度低于或等于一 2 0 C钢制 低温压力容器) 制造 的压力容器除材料 、 制造质量 的 保证外 ， 检测质量的保证也是确保低温压力容器安全 运行的重要手段之一。 5 1 材料 ( 1 )钢材 低 温压力容 器用 钢板 的超 声检 测 ( U T ) 、 磁粉检测 ( M T ) 除遵守对常规材料 的检测要求 外 ， 对于钢板厚度大于 2 0 mm时， 还应 逐张进行超声 波检测( 按 J I M7 3 0规定的级合格 ) 。 ( 2 )焊接材料低温压力容器焊接材料除按相 应标准的规定检验外 ， 还应按批进行药皮含水或熔敷 金属扩散氮含量的复验。 5 2 焊接接头检测 低温压力容器对接接头( A 、 B类接头) 在压力容 器设计温度低于 一 4 0 C或容器设计温 度虽高于或等 于一 4 0 C 但接头厚度大于2 5 ram或容器进行气压试验 的容器或图样注明盛装毒性为极度危害或高度危害 介质容器均进行 1 0 0 射线( R T ) 或超声 ( u T ) 检测。 除上述规定外 ， 允许局部无损检测。检查长度不 得 少 于 各 类 焊 接 接 头 长 度 的 5 0 ， 但 不 少 于 2 5 0 0 mm。凡符合上述规定进行 1 0 0 射线 ( R T ) 或超 声( U T ) 检测的容器， 其 T型接头 、 对接焊缝 、 角焊缝 均需做 1 0 0 磁粉( M T) 或渗透 ( ) 检验 ， 包括受压 元件与非受压元件的连接焊缝的检测。 6 结语 焊接低温钢要保证焊缝质量需要合理的工艺措 施 ： 严格控制焊接电流和焊接速度 、 控制层间温度 ， 多层多道焊， 从而使焊接线能量低， 确保焊缝获得较 高的韧性； 焊接时一定要严格按照制定的工艺措 施 ， 避免焊接缺陷的产生 ， 防止低温容器在使用 时出 现脆性破坏。对于使用条件处于较苛刻的容器焊缝 应进行 1 0 0 的无损检测( R T或 u T ) 。 参考文献 ： 1 王增新 兰石科技 压力 容器