CN103499011B - 一种抗硫厚板及其焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗硫厚板及其焊接工艺，抗硫厚板冶炼方法采用电炉+炉外精炼方式冶炼，质量优良:化学成分满足：锰含量≤1.35%，硫含量≤0.003%；晶粒度达到6级或6级以上；力学性能采用全位置加工拉伸试样、冲击试样、硬度、金相试样、化学分析试样等方案，可以全面检验材质的力学性能，切实保证材料质量，以满足设计选材的要求。焊接工艺采用双丝窄间隙埋弧焊工艺，与传统埋弧焊工艺相比较其积极效果是：坡口角度小，熔敷金属少，可节约焊材、减少电能；采用双丝焊接，速度快，效率高，可降低成本，缩短工期；由于坡口较小，可减少焊接应力，可提高焊接接头抗裂性能；自动化程度高，焊工操作方便。

Description

一种抗硫厚板及其焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种抗硫厚板及其焊接工艺，本技术主要适用于含硫化氢介质工况下的厚壁压力容器制造领域。

背景技术

现有的应用于酸性油气田工程的大型厚板设备的厚板材质在冶炼方法、化学成分、强度、硬度、夏比冲击试验、显微组织、无损检测方法、抗硫试验要求和焊接工艺评定等方面未作出详细规定，极易造成厚板母材及其对接焊缝的抗硫评定不合格，从而严重影响设备的制造质量和在酸性油气田环境下使用的安全可靠性。

现有的应用于酸性油气田工程的大型厚板设备焊接工艺存在技术不先进和焊接效率低等情况，主要表现在工艺评定单一、焊接方法简单、焊接设备落后等方面。亟需改进和完善焊接工艺，以适应大型厚壁抗硫塔器设备制造的需要。

因此，本技术克服现有酸性油气田工程中对大型厚板设备的厚板材质技术要求不全和焊接工艺技术落后的缺点，开发P7.92MPaDN6200大型厚壁抗硫塔器厚板材质和焊接工艺，以填补大型抗硫塔器无抗硫厚板和相应焊接工艺的空白。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种抗硫厚板及其焊接工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抗硫厚板，材质满足：

1）化学成分要求：锰含量≤1.35%，硫含量≤0.003%；

2）夹杂物要求：A类、B类、C类、D类夹杂物均小于等于2.0级，且四者总和小于等于3.5级；

3）微观组织要求：铁素体加珠光体，晶粒度大于等于6级；

4）低倍组织要求：一般疏松≤2级，中心疏松≤2级，偏析≤1.5级，确保材料内部无白点、裂纹、气孔等缺陷；

5）硬度要求：厚板硬度≤200HB。

本发明还提供了一种抗硫厚板的焊接工艺，包括如下步骤：

1）焊接材料的选择需满足S≤0.006%,P≤0.012%；

2）焊前预热温度控制在150℃～200℃范围内，道间温度控制在250℃以内；

3）采用双丝窄间隙埋弧焊进行焊接，前丝为直流电源以增加熔深，后丝为交流电源以控制焊缝成形；

4）焊接停止需立即对焊缝进行250-400℃、保温2-3h的后热处理，然后采用石棉覆盖，缓冷至室温或后续焊接时的预热温度；

5）焊后热处理温度为600-640℃，一次保温时间至少5h。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1、抗硫厚板方面：本发明采用先进的冶炼技术和先进的性能试验检测技术，与传统技术相比其积极效果是：

1）冶炼方法采用电炉+炉外精炼方式冶炼，质量优良:化学成分满足：锰含量≤1.35%，硫含量≤0.003%；晶粒度达到6级或6级以上。

2）力学性能采用全位置加工拉伸试样、冲击试样、硬度、金相试样、化学分析试样等方案。可以全面检验材质的力学性能，切实保证材料质量，以满足设计选材的要求。

2、焊接方面：本发明采用双丝窄间隙埋弧焊工艺，与传统埋弧焊工艺相比较其积极效果是：

1）坡口角度小，熔敷金属少，可节约焊材、减少电能；

2）采用双丝焊接，速度快，效率高，可降低成本，缩短工期；

3）由于坡口较小，可减少焊接应力，可提高焊接接头抗裂性能；

4）自动化程度高，焊工操作方便。

具体实施方式

一种抗硫厚板，其材质满足：

1）化学成分要求：锰含量≤1.35%，硫含量≤0.003%；

a锰含量≤1.35%：

锰元素是一种易偏析的元素，研究锰在硫化物腐蚀开裂过程的作用十分重要。当偏析区Mn、C含量一旦达到一定比例时，在钢材生产和设备焊接过程中，产生出马氏体／贝氏体高强度、低韧性的显微组织，表现出很高的硬度，对设备抗SSCC（硫化物应力腐蚀开裂）是不利的。对于碳钢一般限制锰含量小于1.6%。少量的Mn能将硫变为硫化物并以硫化物形式排出，同时钢在脱氧时，使用少量的锰后，也会形成良好的脱氧组织而起积极作用。因此锰含量≤1.35%，对设备抗SSCC是有利。

b硫含量≤0.003%：

硫对钢的应力腐蚀开裂稳定性是有害的。随着硫含量的增加，钢的稳定性急剧恶化，主要原因是硫化物夹杂是氢的积聚点，使金属形成有缺陷的组织。同时硫也是吸附氢的促进剂。因此，非金属夹杂物尤其是硫化物含量的降低、分散化以及球化均可以提高钢（特别是高强度钢）在引起金属增氢介质中的稳定性。

2）夹杂物要求：A类（硫化物类）、B类（氧化铝类）、C类（硅酸盐类）、D类（球状氧化物类）夹杂物均小于等于2.0级，且四者总和小于等于3.5级；

3）微观组织要求：铁素体加珠光体，晶粒度大于等于6级。

对应力腐蚀开裂敏感性按下述顺序升高：铁素体中球状碳化物组织→完全淬火和回火组织→正火和回火组织→正火后组织→淬火后未回火的马氏体组织。马氏体对硫化氢应力腐蚀开裂和氢致开裂非常敏感，但在其含量较少时，敏感性相对较小，随着含量的增多，敏感性增大。因此钢对微观组织要求为铁素体加珠光体，晶粒度大于等于6级，以减少抗硫厚板的应力腐蚀开裂。

4）低倍组织要求：一般疏松≤2级，中心疏松≤2级，偏析≤1.5级，不允许材料内部存在白点、裂纹、气孔等缺陷；

5）硬度要求：厚板硬度≤200HB。

材料硬度的提高，对硫化物应力腐蚀的敏感性提高。材料的应力腐蚀断裂大多出现在硬度大于HRC22（相当于HB200）的情况下，因此，通常HRC22可作为判断材料是否适合于含硫油气净化设备的标准。

因钢板的厚度达到200mm，不同厚度位置的力学性能存在差异，为了全面地研究每次厚钢板的力学性能，在厚度方向从表面、1/4T和1/2T三个位置加工拉伸、冲击、硬度、金相、化学分析等试样，在厚度方向上，取Z向拉伸试样3件。

抗硫厚板采用电炉+炉外精炼技术可以精确控制炉渣成分，通过渣洗、真空、搅拌、喷吹和调温等手段，在真空条件下实现钢水的提纯精炼，对钢水实现窄成分控制。

本发明还提供了一种抗硫厚板的焊接工艺，包括如下步骤：

1）焊接材料的选择需满足S≤0.006%,P≤0.012%。

a硫S≤0.006%：

可减少钢的应力腐蚀开裂，从而保证设备的使用寿命。

b磷P≤0.012%：

磷对钢除了形成可引起钢红脆（热脆）和塑性降低的易熔共晶夹杂物外，还对氢原子重新组合过程起抑制作用，使金属增氢效果增加，从而也就会降低钢在酸性的、含硫化氢介质中的稳定性。因此，非金属夹杂物尤其是磷化物含量的降低可以提高钢（特别是高强度钢）在引起金属增氢介质中的稳定性。

2）焊前预热温度控制在150℃～200℃范围内，道间温度控制在250℃以内，最高不超过250℃。这样有利于降低焊缝裂纹的产生，提高焊缝的冲击韧性。

3）采用双丝窄间隙埋弧焊进行焊接，前丝为直流电源以增加熔深，后丝为交流电源以控制焊缝成形，可实现焊接过程全自动控制功能。在焊接工程中，控制系统对焊接电压、焊接电流、焊接线速度、高度跟踪和横向跟踪等参数在预置范围内进行自动控制，不需要人工调节。

4）焊接停止需立即对焊缝进行250-400℃，保温2-3h的后热处理，完毕采用石棉覆盖，缓冷至室温或后续焊接时的预热温度。立即后热能有效将焊缝中氢原子扩散处理，避免氢致裂纹产生。

5）焊后热处理温度一般为600-640℃，优选为620℃，一次保温时间至少5h。这样可以充分消除制作、焊接所产生的应力。

考虑产品制作过程热处理累积时间对焊缝性能的影响，必要时选择强度级别高的焊材。以保证焊缝的性能满足设备质量要求。

Claims (3)

1.一种抗硫厚板，其特征在于：材质满足：

1）化学成分要求：锰含量≤1.35%，硫含量≤0.003%；

2）夹杂物要求：A类、B类、C类、D类夹杂物均小于等于2.0级，且四者总和小于等于3.5级；

3）微观组织要求：铁素体加珠光体，晶粒度大于等于6级；

4）低倍组织要求：一般疏松≤2级，中心疏松≤2级，偏析≤1.5级，确保材料内部无白点、裂纹、气孔等缺陷；

5）硬度要求：厚板硬度≤200HB。

2.一种权利要求1所述的抗硫厚板的焊接工艺，其特征在于：包括如下步骤：

1）焊接材料的选择需满足S≤0.006%,P≤0.012%；

2）焊前预热温度控制在150℃～200℃范围内，道间温度控制在250℃以内；

3）采用双丝窄间隙埋弧焊进行焊接，前丝为直流电源以增加熔深，后丝为交流电源以控制焊缝成形；

4）焊接停止需立即对焊缝进行250-400℃、保温2-3h的后热处理，然后采用石棉覆盖，缓冷至室温或后续焊接时的预热温度；

5）焊后热处理温度为600-640℃，一次保温时间至少5h。

3.根据权利要求2所述的一种抗硫厚板的焊接工艺，其特征在于：焊后热处理温度为620℃。