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（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

1 前言

07MnCrMoVR是一種高強(qiáng)鋼材料，在中厚板球罐的制造安裝中廣泛應(yīng)用。由于材料本身和安裝過程的一些因素的影響，難免在檢驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)一些問題，檢驗(yàn)員根據(jù)實(shí)際檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的裂紋檢測(cè)結(jié)果結(jié)合球罐安裝工藝和設(shè)備的運(yùn)行狀況對(duì)裂紋成因進(jìn)行了分析和探討，并有針對(duì)性地提出了幾點(diǎn)看法。

2 設(shè)備參數(shù)和缺陷概述

福建某大型煉鋼企業(yè)一臺(tái)氧氣球罐于2004年12月投用，2012年6月進(jìn)行了第三次全面檢驗(yàn)。在對(duì)其進(jìn)行磁粉檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)球罐環(huán)縫FA外表面某處存在表面裂紋，另外在進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)也發(fā)現(xiàn)環(huán)縫FA某處存在埋藏裂紋。

球罐規(guī)格φ12300×50，材質(zhì)為07MnCrMoVR，介質(zhì)是氧氣、工作壓力為1.6 MPa—2.5MPa、工作溫度為常溫；該設(shè)備使用年限約7年半。

球罐結(jié)構(gòu)及球片分布見圖1

圖1 球罐結(jié)構(gòu)示意圖

該球罐結(jié)構(gòu)型式是混合式，10根立柱正切赤道帶球殼板A。赤道帶共20塊球殼板，上極帶F共7塊球殼板，下極帶G共7塊球殼板，環(huán)縫有兩條FA及GA?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的外表面裂紋位于環(huán)縫FA的下熔合線區(qū)域，呈縱向分布，單條裂紋形狀較直，長度不長（最長不超過15mm）；消除裂紋時(shí)發(fā)現(xiàn)斷口較亮，無氧化色彩，裂紋照片如圖2。

圖2 焊縫表面裂紋

超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的一處較嚴(yán)重的斷續(xù)埋藏缺陷長約66mm，缺陷反射波幅最大為13dB，經(jīng)TOFD檢測(cè)掃描與超聲波檢測(cè)結(jié)果基本吻合。在消除埋藏缺陷過程中拍攝到的埋藏裂紋照片見圖3，TOFD檢測(cè)掃描圖像見圖4。

圖3 埋藏裂紋照片

圖4 TOFD檢測(cè)掃描圖像

3 檢測(cè)結(jié)果分析

由于設(shè)備運(yùn)行比較穩(wěn)定，介質(zhì)沒有腐蝕性也不存在應(yīng)力腐蝕環(huán)境，因此檢驗(yàn)項(xiàng)目還是以常規(guī)的無損檢測(cè)為主。從表面裂紋的位置來看，裂紋位于上環(huán)縫的下熔合線位置。一般來說環(huán)縫的應(yīng)力要大于縱縫和拼縫，經(jīng)過熱處理仍然有可能有殘余應(yīng)力存在。熔合線是焊結(jié)接頭最薄弱的部位，容易在應(yīng)力作用下開裂并擴(kuò)展。根據(jù)我們長期檢驗(yàn)球罐的經(jīng)驗(yàn)，大部分的外表面裂紋是制造安裝時(shí)遺留下來的。當(dāng)超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)埋藏缺陷且檢驗(yàn)員懷疑是裂紋時(shí)，檢驗(yàn)員采用TOFD檢測(cè)來輔助判斷并找到了埋藏缺陷存在的準(zhǔn)確位置、缺陷長度、缺陷自身高度，為以后的修理過程提供了很大的幫助。

超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的該組超標(biāo)缺陷較長，而且反射波幅最高達(dá)到13dB，檢測(cè)人員根據(jù)波型及經(jīng)驗(yàn)判斷缺陷中可能含有裂紋。為了謹(jǐn)慎起見，檢驗(yàn)員增加了TOFD檢測(cè)項(xiàng)目。TOFD檢測(cè)能夠更直觀地掃描出缺陷的長度、自身高度和判斷出大致的缺陷類型。通過TOFD檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該組缺陷中含有5個(gè)缺陷：其中缺陷1是典型的孔狀缺陷，缺陷2、3帶有較為明顯的裂紋特征，缺陷4、5可能是氣孔或夾渣。

在消除缺陷過程發(fā)現(xiàn)的埋藏裂紋驗(yàn)證了超聲波檢測(cè)和TOFD檢測(cè)結(jié)果的正確。從實(shí)際檢測(cè)結(jié)果來看，TOFD檢測(cè)技術(shù)能夠彌補(bǔ)常規(guī)超聲波檢測(cè)技術(shù)的不足：1、幫助判斷缺陷的性質(zhì)；2、較準(zhǔn)確地測(cè)量出缺陷的自身高度；3、缺陷長度的測(cè)量誤差比常規(guī)超聲波檢測(cè)要小。

4 裂紋成因分析

07MnCrMoVR是一種高強(qiáng)鋼，抗拉強(qiáng)度下限σb≥540MPa。這種鋼材強(qiáng)度較高，硬度較大，有一定的再熱裂紋（SR）敏感性，對(duì)于中厚板球罐制造安裝時(shí)有可能由于殘余應(yīng)力較大，在使用中形成表面裂紋或小裂紋擴(kuò)展的可能性較高。

1、07MnCrMoVR鋼中含有Cr、Mo、V金屬元素，這幾種金屬元素都容易促使鋼材形成再熱裂紋。在球罐整體熱處理過程，如果在再熱裂紋敏感區(qū)停留過長，容易誘發(fā)再熱裂紋，因此應(yīng)采取正確、合理的熱處理工藝。對(duì)于07MnCrMoVR鋼，在580℃以上就表現(xiàn)出一定的再熱裂紋敏感性，因此GB50094規(guī)定07MnCrMoVR合適的保溫溫度是565±20℃，50mm厚的球罐應(yīng)保溫2小時(shí)。

2、球罐焊縫焊接過程溫度較高，靠近焊縫熔合線的母材被加熱到1300℃左右時(shí)，鋼中的Cr、Mo、V合金碳化物被熔解，焊后來不及析出。在熱處理過程中，一方面這些合金碳化物沉淀于晶內(nèi)二次硬化，導(dǎo)致晶內(nèi)蠕變抗力提高，另一方面S、P及其它雜質(zhì)元素集中于晶界，晶界相對(duì)弱化，抵抗蠕變能力較弱。因此熱影響區(qū)粗晶界容易因蠕變而受到破壞，在拘束應(yīng)力較大的地方，易使鋼材表面沿晶界開裂。

3、常規(guī)球罐的組裝順序一般是先赤道帶后極帶，焊接順序是先縱后環(huán)，赤道帶上下環(huán)縫往往是最后組焊的位置，因此該處組對(duì)應(yīng)力較大。而球罐現(xiàn)場(chǎng)施工條件復(fù)雜，在應(yīng)用工卡具調(diào)整球殼組對(duì)間隙和錯(cuò)邊過程中，某些部位有可能應(yīng)力集中，經(jīng)過整體熱處理也難以全部消除，存在殘余應(yīng)力。在這些部位產(chǎn)生表面裂紋的可能性較大。主要分布在環(huán)縫T字接頭、Y字接頭。

4、焊接過程如果焊接電流較小，有可能熔池中少量藥皮來不及熔化形成夾渣，或者焊接過程產(chǎn)生的少量水分解出氫氣來不及溢出進(jìn)入顆粒間隙或焊縫金屬夾雜物縫隙，當(dāng)達(dá)到一定分壓時(shí)，金屬組織破裂開，形成裂紋。

5 結(jié)束語

1、煉鋼廠的氧氣球罐由于生產(chǎn)原因升降壓較為頻繁，但壓差不大，且介質(zhì)沒有腐蝕性，因此由使用產(chǎn)生的裂紋不多。每次開罐全面檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)以表面裂紋的檢出為重點(diǎn)，必要時(shí)可用反差增強(qiáng)劑增加裂紋檢出率，在內(nèi)表面對(duì)接焊縫檢驗(yàn)時(shí)可采用熒光磁粉檢出微小裂紋。對(duì)于07MnCrMoVR球罐，要特別注意在耐壓試驗(yàn)后應(yīng)進(jìn)行無損檢測(cè)抽查。

2、在安裝監(jiān)檢時(shí)對(duì)這類容易產(chǎn)生再熱裂紋材質(zhì)的球罐，如 15MnNbR、15MnVR、07MnCrMoVR、CF-62系列鋼等應(yīng)注意熱處理工藝是否恰當(dāng)，檢測(cè)工藝是否正確，盡可能避免再熱裂紋的產(chǎn)生。

3、TSG R7001-2004“壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則”規(guī)定σb≥540MPa材料制造的球罐投用一年后應(yīng)當(dāng)開罐檢驗(yàn)。而07MnCrMoVR鋼屬于這種高強(qiáng)鋼，因此首次全面檢驗(yàn)日期與常見的Q345R和Q370R材料球罐不同。

[1]李顯峰，張育紅.07MnCrMoVR鋼制球罐整體熱處理再熱裂紋分析及控制[J].金屬熱處理，2010，10：97-99.

[2]吳正亞，夏智.07MnCrMoVR天然氣球罐缺陷成因分析及預(yù)防措施[J].石油和化工設(shè)備，2011，9：15-16.