1.25Cr-0.5Mo-Si钢制加氢反应器焊接

1.25Cr-0.5Mo-Si钢制加氢反应器焊接随着石油化工设备高参数及大型化的发展，对压力容器的焊接要求越来越高。在国内，我厂首次将国外钢材1.25Cr-0.5Mo-Si钢（符合ASTMA387Cr11CL2）作为主体材料制造了1台加氢反应器，并为此做了多方面的试验。1.焊接性。鉴于1.25Cr-0.5Mo-Si钢及其匹配焊材CM-1A、W-CM1和B-1CM为国内首次使用，故先选用δ＝80mm的钢板，对其进行焊接性试验，并进行综合评定。1.1间接法。（1）碳当量法按国际焊接学会标准，Ceq1＝C＋Mn/6＋（Cr＋Mo＋V）/5＋（Ni＋Cu）/15≈0.7095，按日本JIS标准，Ceq2＝C＋Mn/6＋Si/24＋Ni/40＋Cr/5＋Mo/4＋V/14≈0.7746，表明该钢需采取预热措施。（2）冷裂纹敏感系数经过计算Tp＝250℃，即应预热250℃。（3）热影响区最高硬度试验判断出该钢淬硬倾向不大，可进行热切割，抗裂性好。1.2直接法。用小铁研法测定结果表明，150～200℃可作为生产上的预热温度；用刚性固定法测定结果表明，该钢及匹配的焊材在选取的规范下具有良好的抗裂性能，同时预热150～200℃是可靠的。2.堆焊。（1）堆焊材料选择堆焊层必须具有最小的复层厚度，并且有一定的铁素体、化学成分及力学性能要求。堆焊材料的选用一般以舍佛勒组织图为依据，要求复层组织为奥氏体加少量铁素体。结合国内外经验，一般堆2层。过渡层为E309型，复层为E347型。由于加氢反应器堆焊层在制造过程中要经过多次热处理，致使堆焊层发生敏化和脆化，因此对焊材的C及Nb含量有严格限制。另外要有较宽的熔合比适应范围。根据上述原则，对1.25Cr-0.5Mo-Si钢手工堆焊选用SR309L及SR347L，埋弧带极堆焊过渡层为00Cr25Ni13＋HJ107，表层为00Cr20Ni10Nb＋HJ107Nb，TIG小管堆焊的焊材可选用WEL309L及WEL347L。（2）工艺参数确定堆焊规范主要考虑：①尽量降低第一层稀释，并减少熔合比变化。②在满足一定厚度的情况下，具有良好的表面成型。③减少焊材使用量。（3）预热温度确定堆焊时如果预热温度高，则熔深变大，对降低稀释和控制铁素体含量不利，应在母材所须预热温度的低限进行堆焊。因此其堆焊预热温度为150℃。（4）消应力热处理，为防止其热裂，要求堆焊层含有一定铁素体。消应力处理的同时使堆焊层脆化并降低耐蚀性。制订工艺应尽可能限制其热处理时间，也要注意上下坡堆焊、焊材规格及搭接量等施工因素的影响。3.焊接工艺评定结果及分析根据焊接性试验结果，结合该台加氢反应器特点、技术要求及具体制造工艺，笔者对其做了14项合格的焊接工艺评定，其中同材质对接3项，同材质角接1项，异种钢角接2项，堆焊6项。3.1对接焊缝①对δ＝80mm的1.25Cr-0.5Mo-Si钢预热150-200℃是可靠的。碳当量虽然较高，但由于材料中加入了Al、B细化晶粒，因此预热温度可低些。②碳弧气刨工艺对该钢可行。评定所用工艺参数合理。③步冷试验结果表明该钢具有良好的抗回火脆性，其原因是材料本身，包括焊材中的P、Sb、As及Sn等促进回火脆化的杂质较少，同时加入了Al、B等细化晶粒，并且含有Mo。④焊接工艺评定试验焊后消应力热处理纳尔逊米勒参数[P]为19.1～19.7，符合Cr-Mo钢焊后热处理的一般要求。3.2堆焊。①过渡层预热温度可低于基材对接焊的预热温度，实际为100℃，表层不预热。选取合适的工艺规范可以避免出现夹渣和裂纹等缺陷。所选取的规范合理。②金相结果、晶腐结果及剪切和硬度试验表明，该钢在所选热处理规范下不会出现层下裂纹及热裂纹。生产上有必要进行双层堆焊，堆焊后组织为奥氏体加少量铁素体，铁素体含量应为3％～10％。③只要选取合适的工艺参数，自动堆焊质量稳定性就高于手工堆焊。④堆焊层第一层不大于3mm，这样可减少稀释，易满足对堆焊层成分及组织要求。堆焊层的探伤检查及理化性能检验能确保质量，可用它对堆焊层进行综合评价。4.主要问题及分析。4.1主要问题在制造过程中发现，同一块筒体纵缝试板在工业炉中随产品一起最终热处理得到的＋10℃却贝“V”型冲击功值，与在试验室小电炉中最终热处理得到的值有所不同。在该产品技术条件中要求此平均值为54J，允许其中一个最低值为48J。为确保最终产品性能，先在纵缝试板上截取一部分做产品试板，模拟最终热处理试验，其热处理规范与产品最终热处理规范相同。在14板厚的大坡口内取冲击试样3件，其＋10℃却贝“V”型冲击功值分别为111J、142J及127J。采用和模拟试验相同的最终热处理规范，在工业炉中对产品及其试板进行热处理测得其冲击功分别为80J、83J和104J，试板合格。但这些值比同一试板在实验室中进行同样热处理后的冲击功平均低37.7J。4.2原因分析笔者认为，同一块焊接试板产生上述情况是工业炉控制温度与实物真实温度有差别造成的。这种差别对Cr-Mo钢焊后热处理的焊缝冲击性能有很大影响。由焊后热处理条件对1.25Cr-0.5Mo-Si钢焊缝金属冲击影响可知，当纳尔逊米勒参数[P]值为19.04～20.70时，其冲击韧度最好。笔者认为工业炉中产品（包括试板）的实际[P]值和热处理记录仪反映的温度所计算[P]值是有差异的，使实际[P]值刚好落在焊缝中心冲击韧度较低的区域。为了更好地反映产品制造的实际过程，对热处理规范敏感的材料，如Cr-Mo钢焊接工艺评定试板焊后热处理，应尽可能在工业炉中进行。另外也可通过多做这方面的工作来弥补其差异，并对[P]值最佳数值进行研究，从而找出最佳热处理规范。5结语通过对1.25Cr-0.5Mo-Si钢的焊接性试验及在此基础上的焊接工艺评定，笔者制订了该产品焊接工艺，使我厂在国内首次成功地将该钢用于压力容器制造（而且是用于加氢反应器），生产出了合格产品，并已安全使用多年。钢制1.25Cr-0.5Mo-Si加氢反应器焊接评定1103～108温度与实物真实温度有差别造成的。这种差别对Cr-Mo钢焊后热处理的焊缝冲击性能有很大影响。由焊后热处理条件对1.25Cr-0.5Mo-Si钢焊缝金属冲击影响可知，当纳尔逊米勒参数[P]值为19.04～20.70时，其冲击韧度最好。笔者认为工业炉中产品（包括试板）的实际[P]值和热处理记录仪反映的温度所计算[P]值是有差异的，使实际[P]值刚好落在焊缝中心冲击韧度较低的区域。为了更好地反映产品制造的实际过程，对热处理规范敏感的材料，如Cr-Mo钢焊接工艺评定试板焊后热处理，应尽可能在工业炉中进行。另外也可通过多做这方面的工作来弥补其差异，并对[P]值最佳数值进行研究，从而找出最佳热处理规范。