趙明亮

摘 要：雙相鋼是將奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼結(jié)合后，形成的新材料，使得新材料具有耐腐蝕、高強(qiáng)度、塑韌性等優(yōu)勢(shì)，在石化、燃?xì)獾刃袠I(yè)具有廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)首臺(tái)2205雙相鋼加氫空冷器的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)過程進(jìn)行了分析，針對(duì)該材料技術(shù)要求、關(guān)鍵指標(biāo)、制造要點(diǎn)等進(jìn)行了探討，并針對(duì)2205雙相鋼加氫高壓空冷設(shè)備的工藝運(yùn)行提出了合理化建議，希望為國(guó)內(nèi)空冷器相關(guān)機(jī)構(gòu)提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；自動(dòng)化；設(shè)備；安全控制；安全評(píng)估

中圖分類號(hào)：TE965 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

近年來，國(guó)內(nèi)加工含硫原油總量不斷增加，導(dǎo)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(guó)內(nèi)空冷材料從碳鋼逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镮ncoloy825合金材料。為了進(jìn)一步豐富空冷設(shè)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(fā)，國(guó)內(nèi)石化工程設(shè)計(jì)有限公司（SEI）、中石化洛陽工程公司及哈空調(diào)等聯(lián)合研發(fā)，從大量研究數(shù)據(jù)、試驗(yàn)過程中進(jìn)行分析后，初步完成了2205雙相鋼高壓空冷國(guó)產(chǎn)化的基本要求。突破了一系列技術(shù)難點(diǎn)，并形成了完整可行的工藝方案。當(dāng)下國(guó)產(chǎn)2205雙相鋼制造用的空冷設(shè)備已經(jīng)成功投入運(yùn)行，且運(yùn)營(yíng)狀態(tài)較為穩(wěn)定。

1 關(guān)于2205雙相鋼高壓空冷設(shè)備制造技術(shù)要求

即使國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如ASME、API等已經(jīng)針對(duì)2205雙相鋼材料的性能要求、指標(biāo)等做出了詳細(xì)規(guī)定，但是結(jié)合國(guó)內(nèi)2205材料在石化行業(yè)中的應(yīng)用狀況，僅采用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)無法滿足實(shí)際需求。需要設(shè)計(jì)單位和制造廠家針對(duì)材料、制造、檢驗(yàn)等提出全面合理的控制措施，這是維持空冷設(shè)備長(zhǎng)期高效運(yùn)行的必要措施。

1.1 硬度值控制

一般材料對(duì)2205材料的硬度要求為HRC29～HRC31，材料硬度過高可能會(huì)對(duì)材料焊接、材料軋制等產(chǎn)生負(fù)面作用。結(jié)合以往空冷設(shè)備中損傷零部件的后期檢測(cè)結(jié)果分析可以看出，2205材料的硬度值應(yīng)該高于HRC30。為此2205材料制備高壓空冷器中，需要及時(shí)對(duì)硬度特性進(jìn)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(cè)手段進(jìn)行分析，當(dāng)下較為常見的檢測(cè)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(yīng)用。在進(jìn)行維氏、洛氏硬度轉(zhuǎn)換中不可簡(jiǎn)單參照ASTM E140中的規(guī)定，建議參考圖1進(jìn)行換算。

1.2 腐蝕試驗(yàn)

2205雙相鋼一般采用ASTM G48—2003的腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，一般選用方法E進(jìn)行處理。雙相鋼的應(yīng)用中，內(nèi)部流動(dòng)介質(zhì)一般包括硫化物、氯化物，為此需要加強(qiáng)材料的抗硫腐蝕、抗氯離腐蝕分析?？沽驊?yīng)力腐蝕試驗(yàn)稱為SCC，需要遵循GB/T415標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析合格標(biāo)準(zhǔn)可遵循外加0.8Rm應(yīng)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(guó)內(nèi)YB/T536，標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)與ASTM G36—1994是一致的，其他特殊要求需要設(shè)計(jì)方、業(yè)主方、制造廠家等相互協(xié)商進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，并考慮保障焊接質(zhì)量的措施，具體分析如下：第一、熱影響區(qū)（HAZ）、焊縫金屬中的鐵素體比例，結(jié)合當(dāng)下產(chǎn)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(jié)構(gòu)，可保證其耐沖擊效果、硬度大小等滿足實(shí)際生產(chǎn)制造的需求。第二、HAZ和焊縫金屬中有害相分析，產(chǎn)生這一狀況主要與加工過程的條件有關(guān)，如焊接熱大小、高溫累計(jì)時(shí)間等，為了避免有害相析出的影響，需要有針對(duì)性地進(jìn)行焊接方法的選擇。

1.4 含氧量對(duì)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(huì)對(duì)焊接接頭產(chǎn)生極為嚴(yán)重的影響，尤其是對(duì)沖擊性能產(chǎn)生較大影響。試驗(yàn)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(duì)氧含量的有效控制。結(jié)合以往空冷器制造經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行冷卻，可能會(huì)有碳氮化物出現(xiàn)，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(qū)出現(xiàn)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(duì)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(fā)材料性能發(fā)生偏差。實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行焊接工藝分析評(píng)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(shè)備的性能。

2 空冷設(shè)備制造要點(diǎn)

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(diǎn)問題。首先，需要確定管箱的焊接次序，避免管箱變形等引發(fā)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(nèi)角焊等需要采用二氧化碳保護(hù)焊的處理模式，其他建議采用手工焊進(jìn)行制備。各項(xiàng)工藝參數(shù)必須嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)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(qū)鐵素體含量不超過40%。此外，實(shí)際空冷設(shè)備的加工制造中，必須加強(qiáng)焊接操作的處理，如盡量采用短弧焊、單道不擺動(dòng)的處理方法。再者，必須加強(qiáng)焊槍、焊條的角度管理，提高電弧穩(wěn)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(huán)節(jié)中，盡量保證管箱相關(guān)焊縫的一次成型，避免后續(xù)修補(bǔ)維護(hù)的狀況的發(fā)生。

2.2 管接頭的焊接、脹接

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

結(jié)語

近年來雙相鋼材料的研究和應(yīng)用逐漸增多，新材料、新工藝的開發(fā)也越來越多，相關(guān)材料的應(yīng)用領(lǐng)域越加廣泛。尤其是近年來國(guó)內(nèi)雙相鋼的生產(chǎn)和加工需求不斷增多，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)類似材料的發(fā)展并且已經(jīng)初步達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。文章結(jié)合2205雙相鋼高壓空冷設(shè)備制造過程、關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備運(yùn)行、檢驗(yàn)要求等方面進(jìn)行了探討，對(duì)雙相鋼領(lǐng)域的研發(fā)起到了一定參考作用。

參考文獻(xiàn)

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