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石油和化工设备
56-技术交流
2015年第18卷
铬钼钢压力容器设计制造中的几个问题
徐森
(华夏汉华化工装备公司,北京100011)
[摘要]本文结合铬钼钢材质压力容器设计制造中遇到的问题,从络钼钢的特性、设计制造、热处理、无损检测等方面提
出了应当注意的几个问题。
[关键词]铬钼钢;耐热性;氩腐他;回火脆性;焊接;热处理
铬钼钢是压力容器常用的钢材,广泛用于炼1.2抗氢腐蚀
油、化工及各类加氢装置和重整装置的临氢装置
金属材科因吸收氢而导致塑性降低、性能恶
上,该钢种因加入了s10%的Cr,0.5-1%6的Mo等合化的现象称为氢脆。氢脆可以导致多种形式的材
金元素,显著提高了材料的高温强度极限和蠕变料失效,如氢鼓泡、氢致脆性开裂、高温氨腐蚀
极限,具有优异的抗氢腐蚀性能和良好的耐高温等。石化行业中的临氢容器,选用铬钼钢主要是
强度,是高温高压容器壳体和封头的首选钢材。
为了防止高温氢腐蚀。
1铬钼钢的主要特点
1.3回火脆性
铬钼钢因具有优异的抗氢腐蚀性能和耐高温
铬钼钢的回火脆性发生在370℃~595℃的温度
能力,在高温高压临氢环境中得到广泛应用。由范围内,接近该温度的上限时,脆化速度快;接
于2.25Cr1Mo、3 Crim、3Cr1Mo0.25V等长期近该温度的下限时,脆化速度慢。而炼油行业的
在370℃-595℃温度范图内操作会产生冲击韧性加氢反应器等临氢设备正好长期操作在这一温度
下降、初脆转变温度升高的现象,即回火脆性。范围内。大量试验表明,压力容器常用的铬钼钢
另外铬铝钢又是温度高、脆硬倾向大、易产生氢中,含Cr量为2%~3%的回火脆化倾向最严重。P、
致裂纹(延迟裂纹)的钢种。为解决回火脆性和Sb、Sn、As、Si、Mn等元素对回火脆性的影响比
氢致裂纹敏感性问题,应采取控制钢材的化学成较显著。
分,提高冲击韧性要求,在制造过程中对焊接
2铬钼钢压力容器的设计
热处理、检验等提出一系列特殊要求。
铬钼钢的上述特性,决定了在设计铬钼钢压
1.11耐热性能
力容器时,必须注意以下几点:
金属材料的耐热性能要求钢材在中、高温条
2.1材料选择
件下金相组织稳定。Cr-0.5Mo钢在475C以上长时
间使用时,钢中的渗磯体会自行分解出碳原子,
在特定操作工况下,要求选取的材料既要有
生石墨化现象,金属材料的脆性急剧增大。因
优越的抗氢腐蚀能力,又能有效控制回火脆性倾
此Cr、M。、V等元素的加入提高了滲碳体的分解向,还要具有良好的焊接性能?其中关键是控制
温度,阻止了石墨化的发生,从而提高了钢材高化学成分。
温持久强度和蠕变极限。作用机理为:铬存在于2.1.1抗氯腐蚀的措施
渗碳体(Fe3C)中,溶于滲碳体中的铬,可提高
铬钼钢在较低的温度下(<200℃),不会发
碳化物的分解温度,阻止石墨化现象发生;钼对生氢腐蚀。但在高温高压临氢工况时,就可能发
铁素体有固浴强化作用,同时也能提高碳化物的生氢腐蚀。通过査纳尔逊曲线,根据操作温度和
稳定性,对提高钢的高温强度有利。适量的钒可
使钢材在较高温度时保持细晶粒组织,提高钢材作者简介:徐森(1960-),男,北京人,大学本科,高级工程
的热稳定性和强度
师。现任华夏汉华化工装备公司副总经济师。
第6期
徐森铬钼钢压力容器设计制造中的几个问题
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氢分压来选取特定工况下的铬钼钢材料。在纳分
中的层间温度。焊后应采取焊后保温的消氧热处
逊曲线中可以看出,铬钼含量越高,抗氢腐蚀的理(DHC)或中间消除应力热处理(ISR)和最终焊后
能力越强。在曲线中,容器的工况位于实线的上
热处理(PWHT)等多种形式的且又必须的热处理,
部时表示会发生氢腐蚀,位于实线的下部时表示才能保证焊接接头不开裂,并具有良好的综合性
不会发生氢腐蚀
能。对Cr-Mo钢进行的最终焊后热处理,不仅是
2.12控制回火脆性倾向的措施
消除残余应力,更是改善材料力学性能的重要手
通过控制材料中P,Sb,Sn,As,Si,Mn等段。当焊后立即进行PWHT时,可不必进行消氢处
合金元素的含量可以控制回火脆性倾向,通常用理
钢材的回火脆化敏感性系数J和焊缝金属的回火脆3.2裂纹敏感性及其防止措施
化敏感性系数ⅹ来加以控制。如对常用的2.25Cr
裂纹敏感性与碳当量有关,碳当量的取值
IMo采用如下控制指标
应由制造厂根据焊接工艺评定确定。其计算方法
J=(Si+Mn)×(P+Sn)×10150:元素以质量百为
分数含量代入;
Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)5+(Ni+Cu)15
X=(10P+5Sb+4Sn+As)/100≤15ppm;元素以
随着碳当量值的增加,钢材的焊接性变差。
×10(pm)含量代入
当Ceq值大于0.5%时,冷裂纹的敏感性增大,焊
在工程实际应用中,还应控制残余元素Cu
接工艺和热处理工艺将越发严格。对于常用的
Ni的含量,Cu含量不应大于0.20%,Ni含量不应大485MPa0.30%。
Cegs0.48%,当对产品焊接试板进行模拟焊后热处
2.2开口与接管
理时,最大碳当量可提高至0.5%。
压力容器开口,通常采用补强板、接管与器
防止措施。为了减少热影响区的扩散氢含
壁对接等方式来补强。由于铬钼钢脆硬倾向大
量,应在采用低氢焊条的同时还必须严格遵守焊
在补强饭与器壁连接的角焊缝处,易出现裂纹。条的烘烤、保存等规定。焊接时预热、保持层间
且只能用磁粉或滲透方法检测焊缝表面,无法检温度、焊后消氢或中间消除应力热处理。在结构
测内部缺陷,给使用造成了潜在的隐患。因此不设计上尽量减少拘東度,合理设计接头结构。
宜用补强饭来补强。对于压力较低器壁较薄而开
4检测
口直径较小时,可采用接管补强
铬钼钢制压力容器往往使用于高温、临氢、
2.3附件连接
高压状态下,在制造过程中特别是焊接时易出现
所有与器壁相焊的附件(受压件与非受压冷裂纹等各种缺陷,因此在制造过程的各个阶段
件),均应采用双面全焊透结构,并要求焊完一面分别提出了如下各种检测,以确保产品质量。
后,从另一面消除焊根,经磁粉检测合格后再完成4.1射线检测(RT)
另一-面焊接,并对焊缝进行超声或磁粉检测。
对所有A、B类接头的无损检测均应在焊后至
2.4裙座与器壁的连接
少24小时后或热处理之前进行100%射线检测。
当选用裙座时,连接处的一段裙座材质应与4.2超声检测(UT
壳体相同,且长度不能小于500mm,不能选用与
器壁角接或搭接连接结构,而应采用对接结构
铬钼钢制压力容器,特别是高温高压厚壁反
以避免层下裂纹和无法检测内部缺陷的弊病。
应器,须对原材料进行超声检测。对焊接接头进
行100%射线检测后,还应对能进行超声检测的
3铬钼钢压力容器制造中的特殊要求
焊接接头在中间消除应力热处理(ISR)、最终焊
3.1热处理
后热处理(PWHT)和水压试验后进行超声检测。
用于压力容器的C-Mo钢须经正火加回火热处GB1