淺談耐蝕不銹鋼復合板在常壓塔制作中運用

王艷花

摘 要：本文就N08926+Q345R復合板材質焊縫氯離子應力腐蝕，耐晶間腐蝕性能試驗，耐點蝕性能進行檢驗，為該種材質在化工行業中的應用和推廣起到示例作用。

關鍵詞：不銹鋼復合板;N08926;焊接;耐腐蝕試驗

1. 背景概述

自十八大以來，“綠水青山就是金山銀山”的認識深入人心，保護環境成為共識，在化工行業，化工設備數量與日俱增，塔器采用不銹鋼+碳鋼的復合板材質，相比于碳鋼材質，不僅減輕設備重量，節約了制造成本，同時兼顧了設備的強度，增強設備的耐腐蝕性，降低社會重金屬銅、鋅、鉻、鎳的使用量，提高經濟效益。本文就我單位制作的中海石油寧波大榭石化有限公司加工高酸原油適應性改造項目常壓塔為例進行闡述，常壓塔為舊設備改造，更換原設備頂封頭、上部筒體與封頭焊縫線以下5880mm筒體及塔盤和相關管口。常壓塔材質，規格如下：材質：N08367（覆層）+Q345R（基層） 設備規格：DN5400×（4+16）×55655

2. 材料替代

復合鋼板基層碳鋼鋼板化學成分和力學性能符合GB/T713-2014中的規定，不銹鋼覆層鋼板N08367化學成分和力學性能符合 ASME SB-688中的規定，復合板剪切強度不小于260MPa，復合板結合界面要求進行100% UT檢驗，復合板界面結合率應符合NB/T47002.2-2009中B1級的規定;N08367分批進行腐蝕性能試驗，試驗分別為氯離子應力腐蝕試驗，耐晶間腐蝕性能試驗，耐點蝕性能對比試驗。采購過程中，發現市場上進口N08367材料缺貨，期貨無法滿足工期要求，材料廠家推薦同標準N08926替代N08367，

標準中材料成分對比如下表：

材料質保書中元素對比如下：

兩種材質耐腐蝕性與化學性能相近，參照中石化北海煉油廠常壓塔采用N08926替代N08367材質，該設備于2020年7月份投產運行未發現異常情況。經與設計單位和建設單位溝通，同意采用N08926替代N08367材質。經過多方比較，鋼板制造廠家選擇南京寶泰特種材料股份有限公司。

3. 制作試件

3.1試件下料，組對：鋼板到貨，核對鋼材外觀、質量證明書，對覆層和基層鋼板進行復驗，驗收合格后下料。試件下料500mm*125mm*2塊，500mm在鋼板軋制方向，將試件尺寸用黑色油漆筆在取樣鋼板上繪制，嚴禁在不銹鋼覆層面用硬印做標記。下料可以采用機械加工，亦可以使用等離子切割，坡口采用機械加工，機械加工可以減少等離子切割造成的坡口不平整，滿足焊接工藝對坡口要求，坡口樣式詳見坡口圖。根據GB/T150.4中第6.5.1規定，不銹鋼復合板對口錯邊量不大于鋼板覆層厚度的50%，且不大于2mm。試件組對錯變量不得大于2mm。

3.2 焊接

3.2.1焊材選用 不銹鋼復合板的耐腐蝕的優點來自鋼板中Cr，Ni等金屬元素形成的表面防護膜，因此，當焊接方法不當，容易造成焊縫中Cr，Ni元素稀釋，無法保證常壓塔的耐蝕性，Cr、Ni含量較高焊接時候容易出現裂紋。因此不銹鋼復合板焊接的難點在過渡層焊接。所以焊縫坡口選擇將覆層部位坡口深度增加1mm，增大焊縫過渡層空間，過渡層焊縫厚度不得小于2mm，根據上述焊接要求和AWS A5.11標準匯總材料的用途，以及焊接位置的工藝條件，選用Cr、Ni元素含量較高的ENiCrMo-3，焊材廠家選用墨西哥林肯電力有限公司。采用的復合板坡口形式如下圖：

3.2.2 施焊 選擇本單位經過國家考試合格并安全教育培訓合格的持證焊工進行作業，復合板焊接按照NB/T47015-2011中規定，復合板焊接先焊基層，然后焊接過渡層，最后焊接覆層。焊接前對坡口用丙醇或者不銹鋼絲刷進行清理，坡口周圍25mm范圍內沒有氧化皮、鐵屑等雜質，坡口進行100%PT檢測Ⅰ級合格。基層采用GTAW焊接方式，焊材ER50-6采用此種焊接方式焊縫可以單面焊接，雙面成型，優點是線能量輸入小，焊接過程飛濺少避免對覆層鋼板的二次污染。基層焊接完成，清理過渡層坡口，進行100%UT和100%PT檢測Ⅰ級合格，合格后開始過渡層、面層焊接，焊接采用SMAW焊接方法，焊材ENiCrMo-3，短弧焊接，單層多道焊接，直線或者小幅度擺動，每層應清理干凈焊縫表面藥皮。嚴格控制線能量輸入，起弧點可以設置在焊接方向前方，收弧時應填滿弧坑收弧，焊接過程應時刻觀察液態金屬的流動性，防止產生收縮裂紋，焊后焊縫在空氣中自然冷卻。

3.2.3 無損檢測 試件焊縫要求沒有咬邊、夾渣、氣孔、裂紋、弧坑、凹陷等缺陷，表面進行100% PT檢測Ⅰ級合格，焊縫進行100% RT檢測Ⅱ級合格，RT檢測等級AB級。所有無損檢測符合NB/T47013-2015中的規定，所有檢驗合格，將鋼板郵寄至江蘇榮大材料腐蝕檢驗有限公司進行腐蝕性能試驗。

4. 試驗 按照圖紙技術要求，該試件需要進行腐蝕性能試驗，試驗包括：

氯離子應力腐蝕性能試驗，試驗標準ASTM G36或YB/T5362， 45%MgCl，155℃，試驗進行2個周期，每個周期96h，不斷裂或不發生宏觀裂紋為合格;耐晶間腐蝕性能試驗，硫酸-硫酸鐵法，試驗標準ASTM G28或者GB/T15260， 120h，腐蝕率比值≤1.5合格;耐點蝕性能對比試驗，試驗標準 ASTM G48，臨界點腐蝕溫度（CPT）不應低于覆層材料的臨界點腐蝕溫度。經過檢測，G36試驗無裂紋和斷裂，結論合格。G28腐蝕速率1.03，試驗結論合格。G48試驗臨界點腐蝕溫度為60℃。

結論：

三個實驗結果證明，N08926+Q345R復合板的防腐蝕性能滿足常壓塔圖紙和技術要求，坡口形式的選擇，ENiCrMo-3焊材選擇，焊接的方法，焊接順序的選擇均符合耐腐蝕要求，在有效的施工工期里，完成制造任務，達到甲方加工高酸原油適應性改造項目設備的制造要求，明確了N08926替代N08367的可行，為同類制造行業的材質替代做出示范。

參考文獻：

[1]GB/T150.1～150.4-2011《壓力容器》

[2]NB/T47015-2011《壓力容器焊接規程》

[3]NB/T47013-2015《承壓設備無損檢測》

[4]ASTM SA-240《壓力容器和一般用途耐熱鉻及鉻鎳不銹鋼鋼板、薄板和鋼帶》

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