Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體的成形與檢驗(yàn)

羊衣木 賴(lài) 斌

（1.四川大學(xué)化工學(xué)院 2.四川科新機(jī)電股份有限公司)

Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體的成形與檢驗(yàn)

羊衣木*1，2賴(lài) 斌2

（1.四川大學(xué)化工學(xué)院 2.四川科新機(jī)電股份有限公司)

對(duì)煤化工激冷罐錐體的成形加工工藝過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。激冷罐錐體材料采用Cr-M o鋼復(fù)合板。由于錐體壁較厚且工況苛刻，因此制造難度較大。該厚壁錐體的制造成功，為采用Cr-Mo鋼復(fù)合板厚板制造壓力容器和其他化工設(shè)備提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

厚壁錐體 Cr-Mo鋼復(fù)合板 成形 檢驗(yàn) 激冷罐 壓力容器

0 引言

我公司承制的某煤化工有限公司年產(chǎn)40萬(wàn)t醋酸及配套工程項(xiàng)目中的氣化關(guān)鍵設(shè)備激冷罐是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)設(shè)計(jì)和制造完全國(guó)產(chǎn)化的氣化關(guān)鍵設(shè)備。該 設(shè) 備 錐 體 的 材 料 采 用 14Cr1MoR+ 022Cr17Ni12Mo2復(fù)合板，錐體的厚度為60+6 mm、95+6 mm。在錐體壓制成形的過(guò)程中，需要保證Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體基層的力學(xué)性能、基層與復(fù)層的結(jié)合狀態(tài)、022Cr17Ni12Mo2復(fù)層的耐蝕性能以及錐體的幾何尺寸等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，制作難度較大。經(jīng)過(guò)反復(fù)試制，有效地解決了激冷罐Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體成形的技術(shù)難題，為今后Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁設(shè)備的制造提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

錐體在壓制成形的過(guò)程中，由于Cr-Mo鋼復(fù)合板材料的特殊性，錐體材料的力學(xué)性能、基層與復(fù)層的結(jié)合狀態(tài)、復(fù)層的耐蝕性能以及錐體的幾何尺寸偏差難以同時(shí)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)、工藝的要求。經(jīng)過(guò)反復(fù)試制后確定，激冷罐外殼結(jié)構(gòu)如圖1所示，設(shè)計(jì)參數(shù)及要求如表1所示。

1 錐體原材料性能要求

1.1 基層材料要求

復(fù)合鋼板基層材料為14Cr1MoR，鋼板的化學(xué)成分及在使用狀態(tài)下的力學(xué)性能除符合GB 713的要求外，還應(yīng)符合以下規(guī)定。

（1）冶煉方法

鋼板用鋼錠的冶煉方法：電爐+LF精煉+VD爐真空脫氣。

圖1 激冷罐結(jié)構(gòu)

表1 激冷罐的技術(shù)特性

（2）化學(xué)成分

鋼板的化學(xué)成分除應(yīng)符合GB 713的規(guī)定外，還對(duì)某些組分有所限制：P含量應(yīng)小于等于0.012%；S含量應(yīng)小于0.007%；Cu含量應(yīng)小于等于0.20%；Ni含量應(yīng)小于等于0.25%。

（3）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

所有鋼板均應(yīng)按JB/T 4730.3的要求進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)按JB/T 4730.3第4.1.8條規(guī)定的I級(jí)要求。

（4）厚度方向拉伸試驗(yàn)

按GB/T 5313的要求進(jìn)行厚度方向 （Z向）拉伸試驗(yàn)，其斷面收縮率須大于等于35%。

（5）高溫拉伸試驗(yàn)

鋼板應(yīng)在425℃下按GB/T 4338《金屬材料 高溫拉伸試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行附加拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)的最小屈服強(qiáng)度值為202.5MPa。

（6）金屬夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)

基層材料的夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)按GB/T 229《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行。試驗(yàn)溫度為最低設(shè)計(jì)溫度 （最低環(huán)境溫度-10℃）。為了保證材料焊后性能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，三個(gè)試樣平均值須≥54 J，單個(gè)試樣最小值須≥47 J。

（7）冷彎試驗(yàn)

按GB/T 232《金屬材料 彎曲試驗(yàn)方法》進(jìn)行冷彎試驗(yàn)。冷彎試驗(yàn)的彎心直徑規(guī)定如下：鋼板厚度T為 25 mm≤T＜100 mm，彎心直徑d=2.0T mm，彎曲角度為180°。

（8）硬度要求

鋼板經(jīng)機(jī)加工、焊接和焊后消除應(yīng)力熱處理后，其硬度值不得超過(guò)248 HV10，鋼板交貨狀態(tài)的硬度值應(yīng)≤200 HV10。

（9）鋼板表面狀況

鋼板表面不允許存在劃痕、裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊和夾渣等對(duì)使用有害的缺陷，鋼板不得有分層現(xiàn)象。

1.2 復(fù)層材料

復(fù)層鋼板材料為022Cr17Ni12Mo2，鋼板的化學(xué)成分及在使用狀態(tài)下的力學(xué)性能除符合 GB 24511的要求外，還應(yīng)按GB/T 4334《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》方法E對(duì)復(fù)層材料 （2件/批）進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn) （試件的敏化溫度為675±10℃，保溫20 h），彎曲試驗(yàn)后試樣表面不得有裂紋。

1.3 復(fù)合鋼板要求

復(fù)合板除滿(mǎn)足NB/T 47002.1的規(guī)定外，還應(yīng)滿(mǎn)足以下規(guī)定：

（1）復(fù)合鋼板應(yīng)逐張取樣做性能試驗(yàn)；

（2）每張復(fù)合鋼板的結(jié)合狀態(tài)按JB/T 4730.3的規(guī)定進(jìn)行超聲波檢查，達(dá)NB/T 47002.1 B1級(jí)合格；

（3）每張復(fù)合鋼板復(fù)合界面的結(jié)合剪切強(qiáng)度應(yīng)符合NB/T 47002.1第7.4.1條的規(guī)定 （即復(fù)合板復(fù)層與基層結(jié)合面的剪切強(qiáng)度應(yīng)≥210MPa）；

（4）復(fù)合鋼板應(yīng)按NB/T 47002.1第7.5節(jié)的規(guī)定進(jìn)行彎曲試驗(yàn)；

（5）復(fù)合鋼板的復(fù)層金屬應(yīng)與基層金屬結(jié)合牢固，其復(fù)合方法采用爆炸復(fù)合；

（6）復(fù)合鋼板應(yīng)在正火+回火狀態(tài)下交貨，并進(jìn)行噴丸 （砂）處理，同時(shí)保證各項(xiàng)力學(xué)性能和復(fù)層的耐蝕性能；

（7）復(fù)合鋼板熱處理后，應(yīng)對(duì)基層和復(fù)層進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)，達(dá)JB/T 4730.3規(guī)定I級(jí)合格；對(duì)復(fù)層進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，達(dá)JB/T 4730.5規(guī)定I級(jí)合格；

（8）復(fù)合鋼板的復(fù)層厚度≥5.70 mm，且表面不得有結(jié)疤、裂紋、夾雜、折疊等缺陷；

（9）全部檢查合格的復(fù)合鋼板，其復(fù)層表面應(yīng)經(jīng)拋光或酸洗、鈍化處理。

2 錐體成形要求

2.1 錐體下料前的材料檢查

對(duì)錐體瓣片坯料進(jìn)行定點(diǎn)硬度和厚度檢查，對(duì)檢測(cè)位置進(jìn)行標(biāo)記，以便成形后進(jìn)行復(fù)檢。

硬度檢查位置 （定點(diǎn)不得處于瓣片兩側(cè)余量范圍內(nèi)，可參考圖2中的位置）每塊瓣片不少于12點(diǎn)：（1）至少選取兩條母線，每條母線不少于2點(diǎn)；（2）長(zhǎng)邊不少于 3點(diǎn)；（3） 中間不少于 2點(diǎn)。厚度檢查位置：與硬度檢查位置同點(diǎn)。

2.2 錐體下料錐體下料應(yīng)按排版圖進(jìn)行放樣、標(biāo)記、下料。（1）按毛坯下料圖紙復(fù)檢各錐體瓣片或拼板尺寸合格；

（2）錐體瓣片的縱縫兩側(cè)及大小端預(yù)留加工余量；

圖2 鋼板硬度檢查位置

（3）瓣片尖銳過(guò)渡部位倒圓，R=10～20 mm，須用專(zhuān)用樣板逐段檢查合格。

2.2.1 錐體的參數(shù)

錐體規(guī)格尺寸、材質(zhì)和下料厚度如表2所示。

表2 錐體規(guī)格尺寸、材質(zhì)、下料厚度

2.2.2 錐體毛坯下料尺寸

錐體Ⅱ毛坯下料尺寸如圖3所示。

錐體Ⅲ-1毛坯下料尺寸如圖4所示。

錐體Ⅲ-2毛坯下料尺寸如圖5所示。

錐體Ⅳ毛坯下料尺寸如圖6所示。

圖3 錐體Ⅱ毛坯下料圖

圖4 錐體Ⅲ-1毛坯下料圖

圖5 錐體Ⅲ-2毛坯下料圖

圖6 錐體Ⅳ毛坯下料圖

2.3 成形要求

（1）壓制成形的錐體采用分瓣冷壓成形工藝。

（2）成形所用工裝、模具 （或壓模）的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮對(duì)瓣片內(nèi)外表面質(zhì)量的影響；模具周邊應(yīng)有較大圓角。

（3）錐體成形所用的工具在壓制前，必須清洗去油除銹、去除污染物，在成形過(guò)程中，必須隨時(shí)對(duì)模具和工件進(jìn)行清掃，避免復(fù)層表面污染和硬傷。

2.4 壓制和預(yù)彎成形過(guò)程要求

工件壓制時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制每次的升壓壓力，宜采取多次升壓壓制，具體升壓要求按以下規(guī)定：

（1）在被成形件的工件上進(jìn)行劃線標(biāo)記，并等分大小端弧長(zhǎng) （每一處100 mm弧長(zhǎng)），預(yù)彎頭的預(yù)壓寬度600 mm。

（2）壓制時(shí)須采用多次點(diǎn)壓成形，即采取同一壓力壓完整個(gè)瓣片，升壓后再壓制第二遍；升壓次數(shù)4～6次，單次下壓壓力噸位不得大于表3的參考值，直至達(dá)到曲率要求。

表3 瓣片成形每一處單次下壓壓力噸位 （參考值）

（3）以此類(lèi)推，作下一處的成形操作。

（4）在壓制和校形過(guò)程中，嚴(yán)格控制壓緊力和變形量，并采取模具加墊等措施，避免模具邊緣對(duì)工件表面造成壓傷和硬傷，確保錐體外表面不存在深度超過(guò)1.5 mm的壓 （劃）痕；內(nèi)表面不存在深度超過(guò)0.5mm的壓 （劃）痕。

（5）在壓制和校形過(guò)程中，要隨時(shí)監(jiān)控和觀察工件的變形情況，一旦發(fā)現(xiàn)有表面裂紋、局部突變等情況，應(yīng)立即停止操作，經(jīng)分析論證、提出改進(jìn)處理意見(jiàn)后，才能重新操作。

（6）在成形件上作出鋼板終軋方向的標(biāo)記。

3 錐體成形后檢查

3.1 鋼板表面硬度和厚度檢查

（1）在鋼板表面進(jìn)行定點(diǎn)硬度和厚度檢查，并出具書(shū)面記錄報(bào)告。

（2）硬度檢查位置 （定點(diǎn)不得處于瓣片兩側(cè)余量范圍內(nèi)）每塊瓣片不少于12點(diǎn)，并對(duì)硬度檢測(cè)位置進(jìn)行標(biāo)記：① 至少選取兩條母線，每條母線不少于2點(diǎn)；② 長(zhǎng)邊不少于3點(diǎn)；③ 中間不少于2點(diǎn)。

（3）厚度檢查位置：與硬度檢查位置同點(diǎn)。

3.2 單片壓制成形后的檢查

3.2.1 尺寸檢查

尺寸檢查如表4所示。

表4 單片壓制成形后尺寸檢查 （單位：mm）

3.2.2 表面外觀質(zhì)量檢查

（1）錐體瓣片表面不得有分層；

（2）錐體瓣片表面不允許存在裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊和夾渣等對(duì)使用有害的缺陷；外表面不得存在深度超過(guò)1.5 mm的壓 （劃）痕；內(nèi)表面不允許存在深度超過(guò)0.5mm的壓 (劃)痕。

3.2.3 無(wú)損檢測(cè)

（1）按JB/T 4730.3標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)錐體瓣片進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，達(dá)NB/T 47002.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的B1級(jí)合格；

（2）按JB/T 4730.5標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)錐體內(nèi)表面進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，達(dá)Ⅰ級(jí)合格；

（3）按JB/T 4730.4標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)錐體外表面進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，達(dá)Ⅰ級(jí)合格。

3.2.4 硬度檢查

按本文第3.1節(jié)中標(biāo)記的硬度檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行硬度復(fù)驗(yàn)，并作好相應(yīng)的記錄。

4 錐體瓣片縱縫坡口加工與檢驗(yàn)

4.1 縱縫坡口加工要求

（1）按毛坯下料圖對(duì)錐體瓣片各尺寸進(jìn)行復(fù)驗(yàn)；

（2）劃線要求：按實(shí)物大小制作內(nèi)外樣板，要求瓣片樣板理論弧長(zhǎng)+4mm縱縫收縮余量 （即單邊2mm），并充分考慮縱縫坡口切割時(shí)產(chǎn)生的熱影響區(qū)；用樣板紙劃縱縫加工線，并按縱縫加工線劃加工控制線，單邊預(yù)留3mm以上的加工余量；

（3）復(fù)查各劃線尺寸合格。

4.1.1 氣割要求

氣割前必須對(duì)材料進(jìn)行預(yù)熱，切割去除縱縫坡口加工控制線以外的余量，預(yù)熱應(yīng)滿(mǎn)足下述要求。

（1）預(yù)熱方法：采用天然氣或電加熱器加熱；

（2）預(yù)熱溫度要求：不低于150℃；

（3）預(yù)熱范圍：割縫兩側(cè)至少3倍板厚的距離，且不小于100mm；

（4）過(guò)程控制：要求預(yù)熱時(shí)從板面的一側(cè)進(jìn)行，測(cè)溫器測(cè)量另一側(cè)金屬溫度達(dá)要求；

（5）切割過(guò)程要求保溫：溫度不低于150℃；

（6）切割完成后保溫緩冷，保溫范圍為割縫側(cè)至少3倍板厚的距離。

4.1.2 坡口加工要求

縱縫坡口的加工可采用機(jī)加工或機(jī)械切割+火焰切割的方法 （火焰切割應(yīng)滿(mǎn)足上述第4.1.1條中的預(yù)熱、保溫和緩冷要求）。若采用后者所述方法，應(yīng)先將所在部位的復(fù)層用機(jī)械加工的方法剝除 （寬度以不影響火焰切割為限），將熔渣清除并采用打磨的方法將火焰切割形成的硬化層除去 （至少3 mm），顯示出金屬光澤，然后按圖紙的形狀和尺寸要求加工坡口。

4.2 錐體瓣片尺寸檢查

（1）各瓣片長(zhǎng)度方向弦長(zhǎng)允差≤1mm；

（2）各瓣片寬度方向弦長(zhǎng)允差≤1mm；

（3）各瓣片對(duì)角線弦長(zhǎng)允差≤2mm；

（4）各瓣片兩直線對(duì)角線測(cè)量，兩直線的垂直距離偏差≤2mm；

（5）其他按第3.2.1條中的表4進(jìn)行檢查。

4.3 錐體瓣片無(wú)損檢測(cè)

對(duì)錐體瓣片縱縫坡口表面按JB/T 4730.5標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，達(dá)I級(jí)合格。

5 錐體瓣片預(yù)組裝與檢驗(yàn)

5.1 錐體瓣片預(yù)組裝要求

（1）在鋼平臺(tái)上劃出上下組裝基準(zhǔn)圓，將基準(zhǔn)圓按錐體分瓣數(shù)等分，并設(shè)置相應(yīng)的胎具和定位板；

（2）以定位板和組裝胎具為基準(zhǔn)，組對(duì)瓣片，要求錯(cuò)邊量≤1.5mm；

（3）錐體瓣片外表面可采用組對(duì)專(zhuān)用凹型鐵工裝，不允許在坡口處點(diǎn)焊，保證錐體瓣片組對(duì)的穩(wěn)固性；

（4）用弦長(zhǎng)不小于1000mm的樣板，沿對(duì)接接頭每500mm測(cè)量一點(diǎn)，棱角度 （包括錯(cuò)邊量）≤3mm；

（5）由錐體上端自由下垂鉛墜，檢查錐體上下端口的同心度，錐頂正指小端基準(zhǔn)圓，偏差≤5 mm；

（6）錐體內(nèi)表面形狀公差：外凸不大于5mm，內(nèi)凹不大于3mm；

（7）組對(duì)點(diǎn)焊方法應(yīng)滿(mǎn)足第4.1.1條的要求。5.2 錐體瓣片預(yù)組裝檢驗(yàn)要求

5.2.1 尺寸檢查

（1）錐體縱縫錯(cuò)邊量≤1mm；

（2）錐體上下端口的同心度偏差≤1mm；

（3）其余尺寸要求如表5所示。

表5 尺寸檢查要求 （單位：mm）

5.2.2 表面外觀質(zhì)量檢查

（1）錐體表面不得有分層；

（2）錐體表面不允許存在裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊和夾渣等對(duì)使用有害的缺陷；外表面不得存在深度超過(guò)1.5mm的壓 （劃）痕；內(nèi)表面不允許存在深度超過(guò)0.5mm的壓 （劃）痕。

6 錐體瓣片壓制成形的其他要求

在錐體壓制或組對(duì)過(guò)程中，需點(diǎn)焊臨時(shí)支撐件（或工裝）時(shí)，應(yīng)點(diǎn)焊在基層材料上，復(fù)層不允許點(diǎn)焊，并滿(mǎn)足以下要求：

（1）焊前應(yīng)對(duì)點(diǎn)焊部位進(jìn)行充分預(yù)熱，要求金屬溫度≥200℃；

（2）焊接應(yīng)采用與基體材料化學(xué)成分相匹配的低氫焊條；

（3）焊后立即進(jìn)行后熱 （消氫）熱處理，溫度控制范圍300～400℃，保溫15min；

（4）臨時(shí)支撐件 （或工裝）應(yīng)采用切割或鋸的方法將其除去，并打磨至與母材平齊；

（5）對(duì)上述打磨區(qū)域應(yīng)按JB/T 4730.4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，達(dá)I級(jí)合格；

（6）錐體內(nèi)外表面應(yīng)進(jìn)行清潔，確保去除污物、油跡、金屬屑和其它污染物。

7 結(jié)語(yǔ)

由于Cr-Mo鋼復(fù)合板在冷成形過(guò)程中極易產(chǎn)生裂紋和分層現(xiàn)象，嚴(yán)重影響Cr-Mo鋼復(fù)合板的力學(xué)性能和復(fù)層的耐腐蝕性能，危及設(shè)備安全，因此如何保證Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體成形工藝的可靠性，確保材料復(fù)層的耐蝕性，是錐體成形技術(shù)的關(guān)鍵。本文對(duì)Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體的成形工藝和檢驗(yàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，為今后類(lèi)似于Cr-Mo鋼的復(fù)合板厚壁錐體的壓制成形，確保產(chǎn)品質(zhì)量、工期和成材率，具有重要的指導(dǎo)意義。

該設(shè)備經(jīng)熱處理后，再次對(duì)復(fù)層與基層的結(jié)合狀態(tài)進(jìn)行了復(fù)查，錐體的所有內(nèi)表面均按 JB/T 4730.3標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，達(dá)到了NB/T 47002.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的B1級(jí)。此外，該設(shè)備水壓試驗(yàn)也順利通過(guò)。

[1]TSG R0004—2009.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]GB 150.1～4—2011.壓力容器 [S].

[3]邢玉晶，王維中，付文俊，等.鉚工 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4]GB/T 232—2010.金屬材料 彎曲試驗(yàn)方法 [S].

[5]GB 713—2008.鍋爐和壓力容器用鋼板 [S].

[6]GB/T 4340.1—2009.金屬材料維氏硬度試驗(yàn) 第 1部分：試驗(yàn)方法 [S].

[7]GB/T 4338—2006.金屬材料 高溫拉伸試驗(yàn)方法 [S].

[8]GB/T 5313—2010.厚度方向性能鋼板 [S].

[9]NB/T 47002.1—2009.壓力容器用爆炸不銹鋼復(fù)合板第1部分：不銹鋼-鋼復(fù)合板 [S].

[10]JB/T 4730.1～6—2005.承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) [S].

Form ing and Inspection of Cr-M o Steel Com posite Plate Cone w ith Thick-wall

Yang Yimu Lai Bin

Presents the forming process of chilling tank cone for coal chemical in detail.The cone adopts Cr-Mo steel composite plate,its thicker well and rigorous working condition cause high degree manufacture difficulty. The successmanufacture of the thick-wall cone provides valuable experience formanufacturing of pressure vessels and other chemical equipmentswith Cr-Mo steel composite plate.

Thick-wall cone;Cr-Mo steel clad plate;Forming;Inspection;Chilling tank;Pressure vessel

TQ 050.6

2012-12-11）

*羊衣木，男，1981年生，工程師。成都市，610041。