304不锈钢焊接后热处理.pdf

收稿日期 2003 08 26 收修改稿日期 2003 09 21 304不锈钢焊接后热处理 陈宏刚 沈阳市第三热力工程安装有限公司 辽宁 沈阳 110005 摘要 通过分析奥氏体不锈钢的晶间腐蚀及焊接后焊缝降温情况 提出针对焊缝的热处理方案 以 提高304不锈钢的耐腐蚀性能 关键词 奥式体不锈钢 晶间腐蚀 焊接 热处理 中图分类号 TG441 8 文献标识码 B 文章编号 1004 9614 2004 01 0043 02 1 引言 上海安替比奥先锋制药工程800单元罐区3台不 锈钢储罐的制作安装项目中 储罐采用0Cr18Ni9不锈 钢 简称304不锈钢 材料焊接 罐体直径410 m 壁厚 8 mm 304不锈钢为奥氏体不锈钢 其中 C的含量 0108 含Cr18约20 含Ni8约10150 比热为 0150 J g 导热系数为1613 W m 100 2812 W m 1 000 熔点为1 150 由于敏化 作用 304不锈钢在焊接后容易形成晶间腐蚀现象 必 须对焊缝处进行焊后热处理 2 奥式体不锈钢的晶间腐蚀 由于Cr Ni奥氏体不锈钢在使用前或出厂交货 状态多为固溶处理状态 此时 当Cr Ni奥氏体不锈 钢中含碳量在0102 0103 以上时 随钢中的含Ni 量而异 碳在钢中便处于过饱和状态 随后 在不锈 钢的加工及设备 构件的制造和使用过程中 若要经过 450 850 的敏化温度加热 例如焊接或在此温度范 围内使用 则钢中过饱和的碳就会向晶界扩散 析出 并与其附近的铬形成铬的碳合物 在常用的Cr Ni 奥氏体不锈钢中 这种碳化物一般为Cr23C6 M23C6 由于这种碳化物含有较高的Cr 所以铬碳化物沿晶界 沉淀就导致了碳化物周围钢的基体中Cr浓度的降低 形成所谓 贫铬区 当铬碳化物沿晶界沉淀呈网状 时 贫铬区亦呈网状 不锈钢耐腐蚀是因为在介质作 用下 钢中含有足以使钢在此介质中钝化的铬量 贫 铬区铬量不足 使钝化能力降低 甚至消失 而奥氏体 晶粒本身仍具有足够钝化 耐蚀 能力 因此 在腐蚀介 质作用下晶界附近连成网状的贫铬区便优先溶解而产 生晶间腐蚀 3 304不锈钢焊接后焊缝降温情况 3 1 焊接后至敏化温度850 对于800单元罐区罐体的焊接后换热 可近似看 作竖平板大空间自然层流换热 工程中广泛采用下列 关联式 Nu c Gr Pr n 1 Gr g tL3 v2 格拉晓夫准则 2 式中 tw 1 150 焊后金属温度 t 20 大气 温度 为容积膨胀系数 K 1 对于近似符合理想气 体性质的空气 1 T 自然对流换热关联式里 通常定性温度采用边界 层的算术平均温度tm t w t 2 585 查得 585 空气的物理性质 Pr 01699 6122 10 2 v 96189 10 6 m2 s t tw t L取焊缝两侧焊接 热影响区各200 mm 计400 mm 代入式 2 得Gr 3134 107 由于104 Gr 109 该自然对流换热中空气流态 为层流 故c 0159 n 1 4 则Nu 37151 对流换热系数 Nu L 5183 W m2 焊接后至敏化温度 850 金属放热量为 q mc t降 3 式中 m为焊缝处金属熔化质量 因为罐体壁厚8 mm 采用410 mm E308L焊条 取近似值45 g 焊缝长250 mm c 0150 J g 则 q 6 750J Q F t w t敏 2 350 W q Q 1913 s 由计算可知 每根焊条焊完20 s左右 厚壁304不 锈钢板焊缝将达到敏化温度850 450 之间 2004年 第1期 管道技术与设备 Pipeline Technique and Equipment 2004 No11 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 对于薄板焊接 以1 mm厚304不锈钢板为例 焊 条采用210 mm E308L焊条 焊缝处金属熔化质量取近 似值20 g 焊缝长40 mm 则 q 3 000 J Q薄 560 W q Q薄 514 s 3 2 敏化温度区间850 450 在敏化温度区间850 450 C tm tw t 2 435 查得435 时空气的物理性质 Pr 01683 5147 10 2 v 71124 10 6 则Gr 8113 107 由于104 Gr 109 该自然对流换热中空气流态 为层流 故c 0159 n 1 4 则Nu 50193 对流换热系数 6196W m2 对厚壁不锈钢板 有 q 9 000 J Q 55618 W q Q 1612 s 对薄壁不锈钢板 有 q 4 000 J Q薄 891 W q Q薄 415 s 3 3 低于敏化温度450 在低于敏化温度450 C时 已无敏化作用 4 热处理方案及注意事项 为尽快使304不锈钢焊缝处温度低于450 须 对焊缝处采用快冷淬火处理 由于采用快冷淬火处 理 不可避免地要造成很大的内应力 需要对淬火后的 焊缝进行低温回火处理 150 250 回火后空冷至 常温 考虑到普通自来水中氯离子对不锈钢材质的损害 不锈钢处于氯化物水溶液环境中时可能产生氯离子 应力腐蚀开裂 淬火介质应使用氯离子含量低的净化 水 薄板焊接的降温曲线已经十分近似于钢的淬火曲 线 不需要进行淬火处理 参 考 文 献 1 左景伊 左禹 腐蚀数据与选材手册 北京 化学工业出版社 1995 2 杨世铭 传热学 上海 高等教育出版社 1990 3 G B50236 98现场设备 工业管道焊接工程施工及验收规范 1998 4 慈军 冯泽民 金属学及热处理 沈阳 东北大学出版社 1990 上接第40页 标准的原则 Fitness for Service 现在已有实验证明 EFC准则对实际选材有明显应用价值 11 5 2 防止管道SSCC的加工及操作措施 从SSCC的特点 机理及影响因素知道 要防止油 气管道的SSCC 除了合理地选用耐腐蚀材料外 在管 道加工和操作过程中也可以采用许多措施以减缓管道 的SSCC 1 尽可能通过退火消除材料的内部拉应力 通 过喷丸处理或其他方法使材料表面产生压应力 以减 小静应力的作用 2 酸洗设备表面 以获得最佳的表面状态 3 小心控制焊缝的化学成分 避免焊缝合金成分 超标 把焊缝的强度保持在可接受水平上 可通过检 查和确定焊缝硬度来控制 4 尽量控制应力水平 5 借鉴NACE的有关规范 控制介质流速在014 0161 m s 以免发生严重的冲刷腐蚀 6 加强腐蚀监测 对设备进行定期检查 发现缺 陷及时处理 有条件可进行监控分析 参 考 文 献 1 化学工业部机械研究院 腐蚀与防护手册 化工生产装置的腐蚀 与防护 北京 化学工业出版社 1991 321 380 2 合理的防腐蚀设计 赵克清译 北京 化学工业出版社 1990 16 20 3 输气管道应力腐蚀破裂 罗富绪译 国外油气储运 1995 13 2 39 42 4 闫丽静 董俊华 牛林 等 铁在含H2S硫酸溶液中的腐蚀机制研 究 中国腐蚀与防护学报 1998 18 4 270 275 5 张亦良 姚希梦 压力容器用钢的硫化氢应力腐蚀 压力容器 1998 15 1 30 35 6 赵平 安成强 H2S腐蚀的影响因素 全面腐蚀控制 2002 16 2 5 6 29 7 赵平 H2S腐蚀的影响因素 全面腐蚀控制 2002 16 3 8 9 8 李祖贻 湿硫化氢环境下炼油设备的腐蚀与防护 石油化工腐蚀 与防护 2001 18 3 1 5 9 Laboratory Testing of Metals for Resistance to Specific Forms of Environ2 mental Cracking in H2S Environments A NACE MO177 196 1996 10 李思源 防止湿硫化氢环境中压力容器失效的推荐方法 石油化 工设备 1996 15 1 33 38 11