淺談2205雙相鋼加氫高壓空冷器的加工制造方法

趙明亮

摘 要：雙相鋼是將奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼結合后，形成的新材料，使得新材料具有耐腐蝕、高強度、塑韌性等優勢，在石化、燃氣等行業具有廣泛應用。本文針對國內首臺2205雙相鋼加氫空冷器的國產化研發過程進行了分析，針對該材料技術要求、關鍵指標、制造要點等進行了探討，并針對2205雙相鋼加氫高壓空冷設備的工藝運行提出了合理化建議，希望為國內空冷器相關機構提供一定的理論參考。

關鍵詞：機械設計；自動化；設備；安全控制；安全評估

中圖分類號：TE965 文獻標志碼：A

0 前言

近年來，國內加工含硫原油總量不斷增加，導致高壓空冷腐蝕問題逐漸加重。為了有效解決裝置安全問題，國內空冷材料從碳鋼逐漸轉變為Incoloy825合金材料。為了進一步豐富空冷設備的加工原材料，從縮減成本、降低雙相鋼制造難度的角度出發，國內石化工程設計有限公司（SEI）、中石化洛陽工程公司及哈空調等聯合研發，從大量研究數據、試驗過程中進行分析后，初步完成了2205雙相鋼高壓空冷國產化的基本要求。突破了一系列技術難點，并形成了完整可行的工藝方案。當下國產2205雙相鋼制造用的空冷設備已經成功投入運行，且運營狀態較為穩定。

1 關于2205雙相鋼高壓空冷設備制造技術要求

即使國際標準規范，如ASME、API等已經針對2205雙相鋼材料的性能要求、指標等做出了詳細規定，但是結合國內2205材料在石化行業中的應用狀況，僅采用國際通用標準無法滿足實際需求。需要設計單位和制造廠家針對材料、制造、檢驗等提出全面合理的控制措施，這是維持空冷設備長期高效運行的必要措施。

1.1 硬度值控制

一般材料對2205材料的硬度要求為HRC29～HRC31，材料硬度過高可能會對材料焊接、材料軋制等產生負面作用。結合以往空冷設備中損傷零部件的后期檢測結果分析可以看出，2205材料的硬度值應該高于HRC30。為此2205材料制備高壓空冷器中，需要及時對硬度特性進行控制，如母材、焊接接頭的硬度值均不得超過HRC25。

從硬度檢測手段進行分析，當下較為常見的檢測方法為Vickers、Rockwell兩種形式，考慮到雙相鋼的特殊性，一般不建議HBW的應用。在進行維氏、洛氏硬度轉換中不可簡單參照ASTM E140中的規定，建議參考圖1進行換算。

1.2 腐蝕試驗

2205雙相鋼一般采用ASTM G48—2003的腐蝕標準，一般選用方法E進行處理。雙相鋼的應用中，內部流動介質一般包括硫化物、氯化物，為此需要加強材料的抗硫腐蝕、抗氯離腐蝕分析。抗硫應力腐蝕試驗稱為SCC，需要遵循GB/T415標準進行分析合格標準可遵循外加0.8Rm應力后的分析，一般需要采用720h不斷裂試樣分析。耐氯分析要遵守國內YB/T536，標準，該標準與ASTM G36—1994是一致的，其他特殊要求需要設計方、業主方、制造廠家等相互協商進行確定。

1.3 焊接工藝分析

首先，焊接方法。雙相鋼加工制造空冷器的過程中，必須正確選擇焊接接頭標準，并考慮保障焊接質量的措施，具體分析如下：第一、熱影響區（HAZ）、焊縫金屬中的鐵素體比例，結合當下產品焊接工藝分析可以看出，鐵素體含量的正常范圍是35%～40%。該條件下，焊接接頭具有較好的雙相鋼組織結構，可保證其耐沖擊效果、硬度大小等滿足實際生產制造的需求。第二、HAZ和焊縫金屬中有害相分析，產生這一狀況主要與加工過程的條件有關，如焊接熱大小、高溫累計時間等，為了避免有害相析出的影響，需要有針對性地進行焊接方法的選擇。

1.4 含氧量對沖擊性能的影響

焊接方法的種類、焊接接頭中含氧量大小等會對焊接接頭產生極為嚴重的影響，尤其是對沖擊性能產生較大影響。試驗證明，含氧量越低，焊縫中金屬的沖擊功越小。為此，焊接工藝處理中，必須考慮到氣氛影響因素，提高對氧含量的有效控制。結合以往空冷器制造經驗，一般氣氛中氧含量需要低于1000mg/L。

1.5 焊接輸入量、層間溫度分析

雙相鋼如果在輸入熱量過高的前提下進行冷卻，可能會有碳氮化物出現，此外，輸入熱量低的條件下，奧氏體組織無法跟鐵素體相融合，容易在焊縫金屬、熱影響區出現過多鐵素體。為此，必須有效控制雙相鋼焊接輸入量的大小，針對2205雙相鋼，建議輸入熱量為0.5kJ/mm～2.5kJ/mm。焊接層間溫度方面，一般要求不超過150℃。過低的層間溫度容易引發材料性能發生偏差。實際產品進行焊接工藝分析評定中，一般不超過100℃。這一條件可較好的滿足焊接需求，保障空冷設備的性能。

2 空冷設備制造要點

2.1 管箱、接頭的焊接

2205雙相鋼材料的加工制造中，管箱、管接頭焊接是主要難點問題。首先，需要確定管箱的焊接次序，避免管箱變形等引發的問題，這是降低變形缺陷的必要舉措；其次，焊接方法、焊接工藝的控制。 管箱焊縫處理中，打底焊、內角焊等需要采用二氧化碳保護焊的處理模式，其他建議采用手工焊進行制備。各項工藝參數必須嚴格執行技術要求、工藝要求，尤其是層間溫度的控制，一般低于100℃較好，可確保熱影響區鐵素體含量不超過40%。此外，實際空冷設備的加工制造中，必須加強焊接操作的處理，如盡量采用短弧焊、單道不擺動的處理方法。再者，必須加強焊槍、焊條的角度管理，提高電弧穩定性管理，這是維持焊縫、母材相容性的必要措施。加工制造環節中，盡量保證管箱相關焊縫的一次成型，避免后續修補維護的狀況的發生。

2.2 管接頭的焊接、脹接

一般狀況下，2205雙相鋼材料進行空冷設備的制造中，管子、管板需要進行強度焊控制，盡量避免脹接加強度焊的處理方法。原因在于材料強度較大，傳統脹接的方法可能無法達到較好的效果，且后續處理中脹接位置極易發生表面開裂的問題；此外，脹接必須進行特殊操作，空冷設備的處理中，強度焊可采用自動化氬氣保護焊。必要時可采用增加貼漲的方法，從提高精度、操作合理性出發，最大膨脹度需要低于2%。

結語

近年來雙相鋼材料的研究和應用逐漸增多，新材料、新工藝的開發也越來越多，相關材料的應用領域越加廣泛。尤其是近年來國內雙相鋼的生產和加工需求不斷增多，帶動了國內類似材料的發展并且已經初步達到國際先進水平。文章結合2205雙相鋼高壓空冷設備制造過程、關鍵技術、設備運行、檢驗要求等方面進行了探討，對雙相鋼領域的研發起到了一定參考作用。

參考文獻

[1]余良儉.2205雙相鋼加氫高壓空冷器的研制及關鍵制造技術[J].石油化工設備技術，2015，36（3）：1-4.

[2]滕敏，楊鳳明，劉宏，等.高壓空冷器用國產超厚雙相鋼鋼板焊接工藝及焊接接頭性能研究[J].石油化工設備技術，2018，39（1）：26.