中合金耐熱鋼管線裂紋修復(fù)

謝曉芳

某石化公司的煉油管線在使用中發(fā)生泄漏，經(jīng)查為管線一處焊縫產(chǎn)生裂紋所致。將裂紋修復(fù)后，次日安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)修復(fù)焊縫開裂，然后轉(zhuǎn)至本公司修復(fù)。本公司測定了原焊接接頭各處的成分，分析了接頭產(chǎn)生裂紋的原因并制定了相應(yīng)的修復(fù)工藝。

1.材料鑒定及開裂原因分析

（1）材料鑒定 失效管線規(guī)格為φ159mm×8mm，裂紋外貌及位置如圖1所示。為進(jìn)一步確認(rèn)材料的材質(zhì)，用光譜分析儀測定原焊接接頭各處的成分（表見1）。GB9948—2006《石油裂化用無縫鋼管》中1Cr5Mo的標(biāo)準(zhǔn)值如表2所示。由測量值與標(biāo)準(zhǔn)值比較該管材確系1Cr5Mo，且各成分均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

圖1

（2）開裂原因分析 管線所用1Cr5Mo鋼屬中合金耐熱鋼中5Cr-0.5Mo系列鋼號(hào)。由鉻鋼的組織狀態(tài)圖可知，在wCr=5%～10%的鋼中，如果wC＞0.10%，其在等溫?zé)崽幚頎顟B(tài)下的組織均為馬氏體。根據(jù)表1可知：本材料的焊縫、焊接熱影響區(qū)組織均為馬氏體，有較高的淬硬傾向。熔敷金屬和母材的成分雖然都在標(biāo)準(zhǔn)范圍，但如果工藝過程控制不當(dāng)，仍會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力和較硬的馬氏體組織，而出現(xiàn)裂紋。

表1 焊接接頭化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 1Cr5Mo化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2.修復(fù)過程

（1）裂紋清除 用滲透檢測方法檢測整個(gè)焊接接頭，利用碳弧氣刨將裂紋清除干凈，再用磨光機(jī)將坡口的氧化層磨除，用滲透檢測確認(rèn)坡口表面無裂紋。

（2）焊接 為減小焊接熱輸入，減少熱影響區(qū)的高溫停留時(shí)間，降低軟化區(qū)，提高焊接質(zhì)量，選用鎢極氬弧焊。同時(shí)，為保證接頭的熱強(qiáng)性和高溫蠕變強(qiáng)度與母材相當(dāng)，選用與母材鉻、鉬含量相當(dāng)，符合GB/T8110—2008標(biāo)準(zhǔn)的H1Cr5（ER55—B6）焊絲，其標(biāo)準(zhǔn)成分如表3所示。按已評(píng)定合格的焊接工藝編制焊接參數(shù)，如表4所示。

焊前需將焊縫中心兩側(cè)≥50mm的范圍預(yù)熱至150～200℃，層間溫度不能低于預(yù)熱溫度。焊接中嚴(yán)格按焊接工藝卡施焊，焊縫不允許咬邊。

（3）熱處理 中合金耐熱鋼焊接接頭在焊后狀態(tài)和焊后熱處理狀態(tài)下硬度實(shí)測結(jié)果如圖2所示。由圖2曲線可見，在焊后狀態(tài)下，焊縫和熱影響區(qū)硬度均超過了允許的最高硬度。經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚?，接頭各區(qū)的硬度降低到了允許的范圍之內(nèi)。因此中合金耐熱鋼焊接接頭的焊后熱處理是必不可少的。結(jié)合本接頭的特點(diǎn)，在焊接完成后立即進(jìn)行了如圖3所示的焊后熱處理。

表3 ER55—B6焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） (%)

表4 焊接參數(shù)

圖2

圖3

3.結(jié)語

1Cr5Mo中合金耐熱鋼由于具有較高的淬硬傾向，故在焊接前過程中要嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，否則即便各材料都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，仍然可能出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。按照我公司制定的修復(fù)工藝進(jìn)行修復(fù)，管線運(yùn)行一年后，效果良好。