某化工有限公司在生產混合甲苯產品的裝置中．對1臺2006年投入使用的二段加氫不銹鋼反應釜首次進行全面檢驗，在人孔接管堆焊層經滲透檢測發現有多條環向裂紋。裂紋宏觀形貌如圖1所示。
該容器直徑1200mm，母材壁厚：基材40mm，復合板3mm，總長：10415mm，容積8．31m3，設計壓力6．6MPa，工作壓力6．0MPa，設計溫度370℃，工作溫度350℃。使用介質：ψ(H2)>90％，(300一1000)×10-6的硫化氫氣(qi)體及碳九混(hun)合(he)物。容(rong)器材質(zhi)(zhi)(zhi)：基(ji)材為(wei)(wei)15CrMoR鋼，復合(he)層(ceng)材質(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)0Cr18NiOTi，堆(dui)焊(han)層(ceng)材質(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)321不(bu)銹(xiu)鋼，人孔接管材質(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)15CrM0Ⅲ鋼，內(nei)壁(bi)堆(dui)焊(han)層(ceng)材質(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)321不(bu)銹(xiu)鋼。
1使用(yong)狀況和檢驗結果
該容器使用中，釜內碳九混合物先升溫至135℃，隨至升壓到<2．4MPa，再逐步加入氫氣反應后產生硫化氫氣體，通過逐步升溫升壓到工作溫度和工作壓力，反應結束后，先降壓到<2．4MPa，再降溫至135℃，隨后先降壓后降溫。不銹鋼反應釜在停止期間，為防止氯離子和聯多硫酸(H2S)對釜(fu)內奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼的應(ying)(ying)力腐蝕(shi)．必須對釜(fu)內表面進(jin)行中(zhong)和清洗(xi)。在催化劑泄出(chu)后(hou)，容器壁(bi)溫度下降(jiang)至(zhi)介質露點(dian)溫度130℃時(shi)的時(shi)間不(bu)(bu)很過(guo)8h，及時(shi)對不(bu)(bu)銹鋼反應(ying)(ying)釜(fu)內壁(bi)清洗(xi)。先用中(zhong)和液(ye)浸泡4h以上(shang)．然后(hou)用中(zhong)和液(ye)噴淋(lin)加(jia)涂刷(shua)容器內壁(bi)。
2008年7月第1次開(kai)罐檢驗(yan)(yan)．進(jin)(jin)行(xing)了(le)原始資料審查(cha)(cha)、測厚等常規檢驗(yan)(yan)，著(zhu)重(zhong)對(dui)設備制造(zao)過程中(zhong)焊(han)縫原有缺(que)陷(xian)部(bu)(bu)位和返(fan)修部(bu)(bu)位的射線復查(cha)(cha)，堆焊(han)層進(jin)(jin)行(xing)100％滲透檢測，對(dui)首次檢驗(yan)(yan)發現產生(sheng)缺(que)陷(xian)的部(bu)(bu)位進(jin)(jin)行(xing)很(hen)聲波(bo)定量定性檢測。對(dui)缺(que)陷(xian)部(bu)(bu)位進(jin)(jin)行(xing)返(fan)修和重(zhong)新檢測及耐壓試(shi)驗(yan)(yan)、氣密性試(shi)驗(yan)(yan)等。根據(ju)《壓力容器定期檢驗(yan)(yan)規則》作出(chu)檢驗(yan)(yan)結論(lun)。
2裂紋成因分析及處(chu)理
經上述(shu)手段(duan)檢驗(yan)發現，裂紋產(chan)生在(zai)人孔(kong)接管的(de)堆焊(han)層，經很聲波檢測進一步確定，裂紋深度未(wei)達到基材，缺陷存在(zai)于人孔(kong)接管堆焊(han)層。
(1)焊接因素的影響復合鋼板及堆焊層涉及2種不同的金屬材料和金相組織．焊接過程中其化學成分和金相組織變化較為復雜．基層材料合金元素含量較低，屬低合金中溫抗氫鋼。該鋼材焊接裂紋敏感指數Pcm在(zai)0．43％左右，在(zai)板厚較大情況下，會產生(sheng)(sheng)較大拘束應(ying)力，焊(han)接(jie)(jie)時易(yi)產生(sheng)(sheng)冷裂紋(wen)。堆焊(han)層(ceng)(ceng)(ceng)材(cai)料(liao)(liao)321不銹鋼(gang)合金(jin)元素(su)含量較高．若焊(han)接(jie)(jie)材(cai)料(liao)(liao)和焊(han)接(jie)(jie)工(gong)藝的(de)選擇不合適，焊(han)接(jie)(jie)堆焊(han)層(ceng)(ceng)(ceng)時。基層(ceng)(ceng)(ceng)材(cai)料(liao)(liao)對整個焊(han)接(jie)(jie)金(jin)屬的(de)合金(jin)材(cai)料(liao)(liao)具有稀(xi)釋(shi)作用。使焊(han)縫中的(de)奧氏體形成元素(su)含量不足。結果焊(han)縫中可能出現(xian)硬脆的(de)馬氏體組織，容易(yi)在(zai)堆焊(han)層(ceng)(ceng)(ceng)產生(sheng)(sheng)裂紋(wen)。
(2)焊后熱(re)處(chu)理(li)(li)因素(su)的(de)影響焊后熱(re)處(chu)理(li)(li)是消除或降(jiang)低焊接(jie)應力，有(you)利于焊縫中擴散氫的(de)逸出(chu)，改(gai)善(shan)焊縫和(he)焊接(jie)熱(re)影響區的(de)組織(zhi)性能。同時也能適當地改(gai)善(shan)馬氏體(ti)(ti)硬化(hua)、脆化(hua)組織(zhi)。徹底減小裂紋產生的(de)傾向。因容器體(ti)(ti)積長為(wei)10415mm，體(ti)(ti)積較大，熱(re)處(chu)理(li)(li)爐內溫(wen)度不(bu)是十(shi)分恒定(ding)，測溫(wen)點有(you)限(xian)(6個)，爐門附(fu)近和(he)爐膛中央溫(wen)度有(you)一定(ding)差距，熱(re)處(chu)理(li)(li)效(xiao)果不(bu)理(li)(li)想。
(3)介質對容器壁的影響氫氣和微量的硫化氫在此工作壓力和工作溫度時不會對復合層OCr18Ni10Ti和基層材質15CrMOR產生氫腐蝕。綜上分析可知，該裂紋是因堆焊而產生的。堆焊層間溫度控制不穩定．合金元素的流失產生硬脆的馬氏體組織，焊后熱處理溫度不均勻是裂紋生成的主要因素。加氫不銹鋼反應釜消除缺陷的工作是重中之重，制造廠提出回廠全面返修，徹底消除隱患。用戶認為不能耽誤生產工期，由于裂紋產生的原因和裂紋并未對基材造成破壞。采取了在人孔焊接管內加0Cr18Ni10Ti的4mm套管，如圖2所示。
焊(han)(han)接時(shi)(shi)，需(xu)焊(han)(han)前預熱到100℃，采(cai)用焊(han)(han)材321焊(han)(han)絲，氬(ya)氣(qi)保護(hu)，小電流多焊(han)(han)道(dao)，以減小應力集中(zhong)。焊(han)(han)后(hou)熱處理為(625±20)℃，保溫時(shi)(shi)間(jian)>2h，套(tao)管和人孔(kong)接管的焊(han)(han)接為及時(shi)(shi)排出夾(jia)層中(zhong)的氣(qi)體，需(xu)在(zai)人孔(kong)接管管壁上(shang)鉆1個(ge)孔(kong)徑為10mm的排氣(qi)孔(kong)，在(zai)不(bu)銹鋼反應釜首次加熱后(hou)及時(shi)(shi)調節螺栓，排放(fang)套(tao)管和人孔(kong)壁中(zhong)的余氣(qi)，避免套(tao)管鼓包的現象發生。
采用上述方案返修后，經(jing)全(quan)面檢(jian)驗(yan)未發(fa)現(xian)(xian)新缺(que)陷的產生(sheng)，原有缺(que)陷在(zai)很(hen)聲(sheng)波檢(jian)驗(yan)中(zhong)未發(fa)現(xian)(xian)有擴展(zhan)延(yan)伸的現(xian)(xian)象(xiang)。
3結論和探討
在加(jia)氫不銹鋼反應(ying)(ying)(ying)釜(fu)的(de)設計(ji)(ji)、制造過(guo)程中，必(bi)須(xu)根(gen)據容器使用的(de)工藝參數才能準確(que)(que)地計(ji)(ji)算(suan)出(chu)焊(han)接裂紋(wen)敏感指數，在母材厚度較(jiao)大時，為減小拘(ju)束應(ying)(ying)(ying)力(li)，應(ying)(ying)(ying)計(ji)(ji)算(suan)出(chu)焊(han)前預熱溫度，有效(xiao)地提高焊(han)接質量。焊(han)后熱處理(li)也應(ying)(ying)(ying)有效(xiao)地計(ji)(ji)算(suan)出(chu)熱處理(li)溫度和保溫時間．提高焊(han)后熱處理(li)效(xiao)果。加(jia)氫不銹鋼反應(ying)(ying)(ying)釜(fu)堆焊(han)層(ceng)在焊(han)接過(guo)程中要避免合金元素的(de)稀釋，以確(que)(que)保堆焊(han)層(ceng)為奧氏體(ti)組織。
