一種抗硫厚板及其焊接工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗硫厚板及其焊接工藝，抗硫厚板冶煉方法采用電爐+爐外精煉方式冶煉，質(zhì)量優(yōu)良:化學(xué)成分滿足：錳含量≤1.35%，硫含量≤0.003%；晶粒度達(dá)到6級或6級以上；力學(xué)性能采用全位置加工拉伸試樣、沖擊試樣、硬度、金相試樣、化學(xué)分析試樣等方案，可以全面檢驗(yàn)材質(zhì)的力學(xué)性能，切實(shí)保證材料質(zhì)量，以滿足設(shè)計(jì)選材的要求。焊接工藝采用雙絲窄間隙埋弧焊工藝，與傳統(tǒng)埋弧焊工藝相比較其積極效果是：坡口角度小，熔敷金屬少，可節(jié)約焊材、減少電能；采用雙絲焊接，速度快，效率高，可降低成本，縮短工期；由于坡口較小，可減少焊接應(yīng)力，可提高焊接接頭抗裂性能；自動化程度高，焊工操作方便。
【專利說明】一種抗硫厚板及其焊接エ藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抗硫厚板及其焊接エ藝，本技術(shù)主要適用于含硫化氫介質(zhì)エ況下的厚壁壓カ容器制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】[0002]現(xiàn)有的應(yīng)用于酸性油氣田工程的大型厚板設(shè)備的厚板材質(zhì)在冶煉方法、化學(xué)成分、強(qiáng)度、硬度、夏比沖擊試驗(yàn)、顯微組織、無損檢測方法、抗硫試驗(yàn)要求和焊接エ藝評定等方面未作出詳細(xì)規(guī)定，極易造成厚板母材及其對接焊縫的抗硫評定不合格，從而嚴(yán)重影響設(shè)備的制造質(zhì)量和在酸性油氣田環(huán)境下使用的安全可靠性。
[0003]現(xiàn)有的應(yīng)用于酸性油氣田工程的大型厚板設(shè)備焊接エ藝存在技術(shù)不先進(jìn)和焊接效率低等情況，主要表現(xiàn)在エ藝評定単一、焊接方法簡單、焊接設(shè)備落后等方面。亟需改進(jìn)和完善焊接エ藝，以適應(yīng)大型厚壁抗硫塔器設(shè)備制造的需要。
[0004]因此，本技術(shù)克服現(xiàn)有酸性油氣田工程中對大型厚板設(shè)備的厚板材質(zhì)技術(shù)要求不全和焊接エ藝技術(shù)落后的缺點(diǎn)，開發(fā)P7.92MPaDN6200大型厚壁抗硫塔器厚板材質(zhì)和焊接エ藝，以填補(bǔ)大型抗硫塔器無抗硫厚板和相應(yīng)焊接エ藝的空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種抗硫厚板及其焊接エ藝。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種抗硫厚板，材質(zhì)滿足:
[0007]I)化學(xué)成分要求:錳含量≤1.35%，硫含量≤0.003% ；
[0008]2)夾雜物要求:A類、B類、C類、D類夾雜物均小于等于2.0級，且四者總和小于等于3.5級；
[0009]3)微觀組織要求:鐵素體加珠光體，晶粒度大于等于6級；
[0010]4)低倍組織要求:一般疏松< 2級，中心疏松< 2級，偏析< 1.5級，確保材料內(nèi)部無白點(diǎn)、裂紋、氣孔等缺陷；
[0011]5)硬度要求:厚板硬度≤200HB。
[0012]本發(fā)明還提供了一種抗硫厚板的焊接エ藝，包括如下步驟:
[0013]I)焊接材料的選擇需滿足S≤0.006%, P≤0.012% ；
[0014]2)焊前預(yù)熱溫度控制在150°C~200°C范圍內(nèi)，道間溫度控制在250°C以內(nèi)；
[0015]3)采用雙絲窄間隙埋弧焊進(jìn)行焊接，前絲為直流電源以增加熔深，后絲為交流電源以控制焊縫成形；
[0016]4)焊接停止需立即對焊縫進(jìn)行250-400°C、保溫2_3h的后熱處理，然后采用石棉覆蓋，緩冷至室溫或后續(xù)焊接時(shí)的預(yù)熱溫度；
[0017]5)焊后熱處理溫度為600_640°C，一次保溫時(shí)間至少5h。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:
[0019]1、抗硫厚板方面:本發(fā)明采用先進(jìn)的冶煉技術(shù)和先進(jìn)的性能試驗(yàn)檢測技術(shù)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比其積極效果是:
[0020]I)冶煉方法采用電爐+爐外精煉方式冶煉，質(zhì)量優(yōu)良:化學(xué)成分滿足:錳含量(1.35%，硫含量≤0.003% ;晶粒度達(dá)到6級或6級以上。
[0021]2)力學(xué)性能采用全位置加工拉伸試樣、沖擊試樣、硬度、金相試樣、化學(xué)分析試樣等方案?？梢匀鏅z驗(yàn)材質(zhì)的力學(xué)性能，切實(shí)保證材料質(zhì)量，以滿足設(shè)計(jì)選材的要求。
[0022]2、焊接方面:本發(fā)明采用雙絲窄間隙埋弧焊工藝，與傳統(tǒng)埋弧焊工藝相比較其積極效果是:
[0023]I)坡口角度小，熔敷金屬少，可節(jié)約焊材、減少電能；
[0024]2)采用雙絲焊接，速度快，效率高，可降低成本，縮短工期；
[0025]3)由于坡口較小，可減少焊接應(yīng)力，可提高焊接接頭抗裂性能；
[0026]4)自動化程度高，焊工操作方便。
【具體實(shí)施方式】
[0027]一種抗硫厚板，其材質(zhì)滿足:
[0028]I)化學(xué)成分要求:錳含量≤1.35%，硫含量≤0.003% ；
[0029]a 錳含量≤ 1.35%:
[0030]錳元素是一種易偏析的元素，研究錳在硫化物腐蝕開裂過程的作用十分重要。當(dāng)偏析區(qū)Mn、C含量一旦達(dá)到一定比例時(shí)，在鋼材生產(chǎn)和設(shè)備焊接過程中，產(chǎn)生出馬氏體/貝氏體高強(qiáng)度、低韌性的顯微組織，表現(xiàn)出很高的硬度，對設(shè)備抗SSCC (硫化物應(yīng)力腐蝕開裂)是不利的。對于碳鋼一般限制錳含量小于1.6%。少量的Mn能將硫變?yōu)榱蚧锊⒁粤蚧镄问脚懦?，同時(shí)鋼在脫氧時(shí)，使用少量的錳后，也會形成良好的脫氧組織而起積極作用。因此錳含量< 1.35%，對設(shè)備抗SSCC是有利。
[0031]b 硫含量≤ 0.003%:
[0032]硫?qū)︿摰膽?yīng)力腐蝕開裂穩(wěn)定性是有害的。隨著硫含量的增加，鋼的穩(wěn)定性急劇惡化，主要原因是硫化物夾雜是氫的積聚點(diǎn)，使金屬形成有缺陷的組織。同時(shí)硫也是吸附氫的促進(jìn)劑。因此，非金屬夾雜物尤其是硫化物含量的降低、分散化以及球化均可以提高鋼(特別是高強(qiáng)度鋼)在引起金屬增氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。
[0033]2)夾雜物要求:A類(硫化物類)、B類(氧化鋁類)、C類(硅酸鹽類)、D類(球狀氧化物類)夾雜物均小于等于2.0級，且四者總和小于等于3.5級；
[0034]3)微觀組織要求:鐵素體加珠光體，晶粒度大于等于6級。
[0035]對應(yīng)力腐蝕開裂敏感性按下述順序升高:鐵素體中球狀碳化物組織一完全淬火和回火組織一正火和回火組織一正火后組織一淬火后未回火的馬氏體組織。馬氏體對硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂和氫致開裂非常敏感，但在其含量較少時(shí)，敏感性相對較小，隨著含量的增多，敏感性增大。因此鋼對微觀組織要求為鐵素體加珠光體，晶粒度大于等于6級，以減少抗硫厚板的應(yīng)力腐蝕開裂。
[0036]4)低倍組織要求:一般疏松< 2級，中心疏松< 2級，偏析< 1.5級，不允許材料內(nèi)部存在白點(diǎn)、裂紋、氣孔等缺陷；
[0037]5)硬度要求:厚板硬度≤200HB。
[0038]材料硬度的提高，對硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性提高。材料的應(yīng)力腐蝕斷裂大多出現(xiàn)在硬度大于HRC22 (相當(dāng)于HB200)的情況下，因此，通常HRC22可作為判斷材料是否適合于含硫油氣凈化設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。
[0039]因鋼板的厚度達(dá)到200mm，不同厚度位置的力學(xué)性能存在差異，為了全面地研究每次厚鋼板的力學(xué)性能，在厚度方向從表面、1/4T和1/2T三個(gè)位置加工拉伸、沖擊、硬度、金相、化學(xué)分析等試樣，在厚度方向上，取Z向拉伸試樣3件。
[0040]抗硫厚板采用電爐+爐外精煉技術(shù)可以精確控制爐渣成分，通過渣洗、真空、攪拌、噴吹和調(diào)溫等手段，在真空條件下實(shí)現(xiàn)鋼水的提純精煉，對鋼水實(shí)現(xiàn)窄成分控制。
[0041]本發(fā)明還提供了一種抗硫厚板的焊接工藝，包括如下步驟:
[0042]I)焊接材料的選擇需滿足S≤0.006%, P≤0.012%。
[0043]a 硫 S ≤ 0.006%:
[0044]可減少鋼的應(yīng)力腐蝕開裂，從而保證設(shè)備的使用壽命。
[0045]b 磷 P≤0.012%:
[0046]磷對鋼除了形成可引起鋼紅脆(熱脆)和塑性降低的易熔共晶夾雜物外，還對氫原子重新組合過程起抑制作用，使金屬增氫效果增加，從而也就會降低鋼在酸性的、含硫化氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。因此，非金屬夾雜物尤其是磷化物含量的降低可以提高鋼(特別是高強(qiáng)度鋼)在引起金屬增氫介質(zhì)中的穩(wěn)定性。
[0047]2)焊前預(yù)熱溫度控制在150°C~200°C范圍內(nèi)，道間溫度控制在250°C以內(nèi)，最高不超過250°C。這樣有利于降低焊縫裂紋的產(chǎn)生，提高焊縫的沖擊韌性。
[0048]3)采用雙絲窄間隙埋弧焊進(jìn)行焊接，前絲為直流電源以增加熔深，后絲為交流電源以控制焊縫成形，可實(shí)現(xiàn)焊接過程全自動控制功能。在焊接工程中，控制系統(tǒng)對焊接電壓、焊接電流、焊接線速度、高度跟蹤和橫向跟蹤等參數(shù)在預(yù)置范圍內(nèi)進(jìn)行自動控制，不需要人工調(diào)節(jié)。
[0049]4)焊接停止需立即對焊縫進(jìn)行250-400°C，保溫2_3h的后熱處理，完畢采用石棉覆蓋，緩冷至室溫或后續(xù)焊接時(shí)的預(yù)熱溫度。立即后熱能有效將焊縫中氫原子擴(kuò)散處理，避免氫致裂紋產(chǎn)生。
[0050]5)焊后熱處理溫度一般為600_640°C，優(yōu)選為620°C，一次保溫時(shí)間至少5h。這樣可以充分消除制作、焊接所產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0051]考慮產(chǎn)品制作過程熱處理累積時(shí)間對焊縫性能的影響，必要時(shí)選擇強(qiáng)度級別高的焊材。以保證焊縫的性能滿足設(shè)備質(zhì)量要求。
【權(quán)利要求】
1.一種抗硫厚板，其特征在于:材質(zhì)滿足: 1)化學(xué)成分要求:錳含量≤1.35%，硫含量≤0.003% ；2)夾雜物要求:A類、B類、C類、D類夾雜物均小于等于2.0級，且四者總和小于等于3.5 級； 3)微觀組織要求:鐵素體加珠光體，晶粒度大于等于6級； 4)低倍組織要求:一般疏松<2級，中心疏松< 2級，偏析< 1.5級，確保材料內(nèi)部無白點(diǎn)、裂紋、氣孔等缺陷； 5)硬度要求:厚板硬度<200HB。
2.一種抗硫厚板的焊接工藝，其特征在于:包括如下步驟: 1)焊接材料的選擇需滿足S≤0.006%, P≤0.012% ； 2)焊前預(yù)熱溫度控制在150°C~200°C范圍內(nèi)，道間溫度控制在250°C以內(nèi)； 3)采用雙絲窄間隙埋弧焊進(jìn)行焊接，前絲為直流電源以增加熔深，后絲為交流電源以控制焊縫成形； 4)焊接停止需立即對焊縫進(jìn)行250-400°C、保溫2-3h的后熱處理，然后采用石棉覆蓋，緩冷至室溫或后續(xù)焊接時(shí)的預(yù)熱溫度； 5)焊后熱處理溫度為600-640°C，一次保溫時(shí)間至少5h。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抗硫厚板的焊接工藝，其特征在于:焊后熱處理溫度為620。。。
【文檔編號】B23K9/18GK103499011SQ201310437226
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】雒定明, 郭成華, 湯曉勇, 張毅, 古劍飛, 萬娟, 陳培新, 任玲, 劉剛, 謝兵, 劉文廣, 劉春發(fā), 焦建國, 蒲黎明, 湯智昀 申請人:中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司