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1、14Cr1MoR(H)钢制变换炉制造过程中的质量控制王秀锋;曾硕;雷金林【摘 要】制造过程的质量控制,是实现压力容器本质安全的基础.主要介绍14Cr1MoR(H)钢制变换炉的制造过程，通过对材料、冷作、焊接、检验检测、热处理等关键过程的质量控制,阐述高温变换炉在制造过程中应该注意的问题,为类似压 力容器的制造提供借鉴.期刊名称】工业安全与环保年(卷),期】2014(040)007【总页数】5页(P28-32)【关键词】14Cr1MoR(H);焊接;制造;检验;质量控制【作 者】 王秀锋;曾硕;雷金林【作者单位】 武汉市锅炉压力容器检验研究所 武汉 430015;武汉东海石化重型装备有限公司 武
2、汉430207;武汉东海石化重型装备有限公司 武汉430207【正文语种】 中 文0 引言14Cr1MoR(H)压力容器用低合金钢板为抗氢Cr - Mo钢，适用于石油化工、核电、 汽轮机缸体、火电等高温高压、与氢或氢混合介质接触的大型设备。该材料严格控 制化学成分的波动范围，严格控制 P、S、Sn、Sb、As、Cu 等有害元素含量，减 少冷脆和回火脆化倾向，提高钢的高温耐腐蚀性能。采用控制升温、严格控制轧制 及热处理工艺，使钢板获得合理的贝氏体回火组织结构及晶粒度，提高钢的综合性 能。本文通过介绍某煤气化有限责任公司原料结构调整项目1(1- 2#变换炉设备) 的主要制作过程，为我国大型煤气化工
3、中该类产品生产提供重要的工程实践经验。1 变换炉的技术参数与结构特点 主要技术参数见表1。该设备为立式容器，总高为13960mm，净重85t，上下封头均采用半球型封头，热压成型后进行正火处理。考虑到设备运行时对下封头的高温腐蚀性，设计要求对 下封头采取带极堆焊。该容器壁厚大，冷作和焊接工艺较为复杂，而且采用不锈钢 堆焊工艺，因此有较大的制作难度。表1主要技术参数容器类别设计温度/C设计压力/MPa主体材料设备长度/mm 筒体厚度/mm介质设备净重/t封头堆焊皿类490 4.2 14Cr1MoR(H) 13960 80 粗煤气、变换气 85下封头2 14Cr1MoR(H)钢材的验收用于该容器制造
4、的14Cr1MoR(H)材料严格按照技术条件供货，供货热处理状态为 正火加回火。钢板逐张进行超声波检测复验，符合JB/T4730.32005标准规定 的I级为合格;超声波检测复验合格后按相关标准逐张进行材料化学成分、力学性 能以及晶粒度复验，结果见表2表5、图1和图2。从图表中可以看出，容器所 用钢板化学成分(x、y系数)、力学性能均符合标准要求，满足制造需要。3 焊接工艺及其评定3.1 焊材的选择14Cr1MoR(H)材料具有优良的耐高温腐蚀性，Cr和Mo元素的加入提高了材料的 抗氧化性和高温强度，但是由于Cr和Mo均为淬透性元素，增加了钢材的淬硬性 和冷裂纹倾向，因此焊接性能较差。考虑到1
5、4Cr1MoR(H)材料在焊接过程中面临 的热影响区硬化、冷裂纹以及焊后消除残余应力的问题，为满足高温抗氢腐蚀的要 求，保证所有焊缝中的Cr、Mo质量分数，特别是Cr的质量分数不低于母材相应 成分的下限1,选用耐热型焊条R307B以及H11CrMo45A - SJ603作为主要 焊接材料。从表6和表7所列数据对照14Cr1MoR(H)化学成分和力学性能，所选 焊材符合要求。表2钢板的化学成分(质量分数)%Mn Si P S Cr Mo GB7132008 0.05-0.170.40 0.65 0.50 -0.80 0.020 S数据 C 0.010 1.15 1.50 0.45 0.65 技术
6、协议 要求 0.05 - 0.17 0.40 - 0.65 0.50 -0.80 0.020 176 520-680 310 19 180, b=2a , d=3a 数据 500 C高温拉伸 RP0.2/MPa Rm/(Nmm-2) Rel/(Nmm- 2) A/% Z/%技术协议要求 520-680 310 19 35 180, b=2a , d = 3a 舞阳钢 厂 401 665 550 22.5 74.5 合格材料复验值 465 555 23.5 85.5无裂纹表4钢板的冲击性能/J GB7132008 20 数据试验温度/C AKV/J平均值34 技术协议要求0 34舞阳钢厂 0 2
7、90,282,284 285材料复验值 0 268,222, 268 253表 5 钢板的非金属夹杂物、晶粒度检测检测项目 检测结果非金属夹杂物 A0,B0,C0,D0, DS2.5(图 1)晶粒度/mm 9 级(图 2)图1 钢板的非金属夹杂物检测图2 钢板的晶粒度检测3.2 焊接工艺及其评定按NB/T470142011标准要求，针对抗氢钢的焊接特性，进行了多焊接方法、 多焊材、多规格材料的焊接工艺评定，完全覆盖变换炉制造过程中不同部位、不同 形式和不同材料的焊接工艺。焊接工艺评定项目和试验结果见表8。综合焊接工艺评定结果，确定14Cr1MoR(H)钢选用的焊材为R307B，选用的焊 丝和焊
8、剂为H11CrMo45A - SJ603。焊接工艺评定符合NB/T 470142011标 准要求。3.3铌(Nb)元素在S32168堆焊层中的作用铌元素作为钢中微量元素，能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强 度，但也会使钢的塑性和韧性下降。在普通低合金钢中加入Nb，可提高抗大气腐 蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀的能力。对于一般的堆焊而言，必须严格控制焊接中 的线能量，而对于 S32168 的堆焊比较特殊，在此堆焊中普遍采用 EQ347L 焊材， 正是Nb元素的作用影响，过低或过高的线能量会在堆焊区域产生裂纹，因此在堆 焊过程中选择合适的线能量非常关键。3.4焊接质量控制(1) 焊接前坡
9、口必须保持平整，不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷，应将坡口两侧 20mm范围内的水、油污、铁锈、积渣和其他有害杂质清理干净。(2) 施焊前所有焊接坡口进行100%MT检测，1级合格。表6焊材熔敷金属化学成分(质量分数)焊材牌号0.035 1.00 1.50 0.40 -0.65 复验值 0.077 0.80 0.25 0.0043 0.0038 1.15 0.50 H11CrMo 45A 标准值 0.05 0.15 1.20 0.80 0.025 0.015 1.00-1.50 0.40-0.65 复验值 0.078 0.85 0.27 0.007 0.005 1.30 0.52 SJ603 标准
10、值 0.040 0.035 复验值 C Mn Si P S Ni Cu Cr Mo R307B 标准值 0.05 -0.12 0.90 0.60 0.035 540 440 17 27 20复验值570 475 22 163 , 217 , 215 20 H11CrMo45A 标准值 515 -690 320 22 34 - 30 复验 值 529 413 27.5 141，156，156 30表8焊接工艺评定项目和试验结果序号试件母材钢号冲击试验AKV焊接材料牌号 焊接方法焊后热处理类别试件母材厚度/mm 180114Cr1MoRR307B/H11CrMoSMAW SR 42 641/607
11、/ 常温86/130/120245/201/213拉伸试验Rm /MPa/J试验温度/C焊缝区热影响区冷弯试验d=4a，无裂纹合格45A+SJ603SAW 643/602常温159/58/170194/245/245 2 14Cr1MoR R307B SMAW SR 8 655/645 常温 72/86/6579/97/81 无裂纹合格3 14Cr1MoRH11CrMo45A+SJ603 SAW SR 8 660/650 常温 90/98/9697/108/116无裂纹合格(3) 焊接时要把握好钢板的焊接形状系数和线能量，焊缝形状系数过小易产生焊缝 热裂纹，过大则易影响焊接接头性能。线能量过小
12、，容易产生焊接缺陷;过大，二 次结晶组织就易产生粗大的过热组织，影响焊接接头冲击韧性，并易产生热裂纹2 。(4) 对于此类抗氢钢，必须在施焊前进行预热，预热范围为坡口两边不小于100mm，温度150C,预热过程中采用远红外测温仪测温，保证预热温度的均 匀性。焊接时层间温度250C,每条焊缝尽可能一次性焊完，为了加速焊缝中的扩散 氢逸出，降低焊缝和热影响区中的氢含量，防止冷裂纹产生，焊后应立即消氢，消 氢温度为300350C,保温时间不得小于3h，并采用岩石棉缓冷。(6) 焊接时必须严格按照工艺参数及层次顺序施焊，焊完一层熔渣清除干净后再焊。(7) 筒体内面需用手工焊打底后再进行埋弧焊盖面，背面
13、需用碳弧气刨清根后再进 行埋弧焊盖面。(8) 焊接完毕后将焊缝表面打磨光滑且与母材齐平，并清除熔渣飞溅。4 筒体的下料14Cr1MoR(H)钢材料一般采用火焰氧割或等离子数控切割进行下料，然而在实际 生产过程中，因中厚板在卷制、校圆过程中受到材料纵向伸缩性的影响，筒体周长 会增长，表9为筒体的下料实际数据。表9中厚板卷板记录mm注设备型号，WS11K120x3000。材质厚度长度宽度 直径周长卷制方式L实际14Cr1MoR 80 10304 2000 DN3200 10048冷卷 14434 10039 14Cr1MoR 85 14718 2000 DN4600 14444 冷卷根据筒体的周长
14、长度公式可得，L理论二nD,而实际的展开精确尺寸公式为卷制延展量AL=KnSn(1+8n/Di),式中，K为钢板卷制系数，取K=0.06;Sn为钢板名义厚度；Di为筒体内径。(2) 根据焊接工艺，纵缝组对不留间隙，取组对间隙C=0。(3) 焊缝收缩量AC1根据板厚及坡口形式，取AC1=6mm。(4) 钢板坡口使用机加工，取钢板加工余量 山2=0.5口口。 从以上实例可以看出，对于中厚板而言，钢板越厚伸长率越大，因此在板材下料时 要根据板材的厚度控制好下料尺寸，一般在下料过程中减去相应比例的伸长量，这 样既避免因筒体周长过大造成封头与筒体的环缝错边，也可节约材料，降低成本。5 筒体的卷制通常情况下，筒体的卷制采用热卷和冷卷两种工艺，对于14Cr1MoR(H)材料而言， 使用热卷工艺可能会在卷制过程中对材料产生回火脆化性破坏。由于钢板在冶炼时 是垂直方向轧制的，冷卷可以有效地保护筒体的水平度和垂直度，因此适宜采取冷 压卷制工艺。筒体卷制过程中需要注意以下几个方面。卷制前先对纵缝采取手工打磨倒角，根据图纸的需要(a=5)以便于纵缝表面检 测和组对工序。(2) 卷制校圆后应将筒体平躺于洁净的地面，防止筒体因垂直方向重量挤压变形。(3) 筒体的环缝坡口采用型号C5250、直径5000mm的周向立
