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0Cr18Ni10Ti換熱器熱處理后產(chǎn)生裂紋原因分析及改進(jìn)措施

文檔作者：林罡明文檔來(lái)源：撫順石油機(jī)械有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年09月21日
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材料與焊接 石油化工設(shè)備技術(shù)，2012，33(4)·61· Petro～Chemical Equipment Technology
0Crl8Nil0Ti換熱器熱處理后產(chǎn)生裂紋
原因分析及改進(jìn)措施
林罡明
(撫順石油機(jī)械有限責(zé)任公司，遼寧撫順113004)
摘 要：0Crl8Nil0Ti奧氏體不銹鋼一般情況下具有良好的焊接性能，但由于其組織和成分的特殊性使
其在某些操作條件下，會(huì)在焊接部位產(chǎn)生裂紋。文章分析了0Crl8Nil0Ti奧氏體不銹鋼換熱器在穩(wěn)定化熱
處理后產(chǎn)生裂紋的原因，提出了有針對(duì)性的改進(jìn)措施，為解決0Crl8Nil0Ti奧氏體不銹鋼在熱處理后出現(xiàn)裂
紋的問(wèn)題提供了一定的參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞：0Crl8Nil0Ti奧氏體不銹鋼 穩(wěn)定化熱處理 裂紋 改進(jìn)措施
0Crl8Nil0Ti奧氏體不銹鋼是在18 鉻鐵
素體型不銹鋼中加入鎳、錳、氮等奧氏體形成元素
而獲得的，其在焊態(tài)下具有較好的韌性和塑性，及
良好的力學(xué)性能、高溫強(qiáng)度和優(yōu)良的耐腐蝕性能，
因而廣泛應(yīng)用在石油化工等領(lǐng)域中。
0Crl8Nil0Ti奧氏體不銹鋼的性能雖好，但
是由于其自身的組織和成分存在特殊性，也就會(huì)
存在一定的不足，如會(huì)產(chǎn)生焊接熱裂紋、晶問(wèn)及應(yīng)
力腐蝕，此外因?qū)嵝阅懿?、線膨脹系數(shù)大，會(huì)導(dǎo)
致較大的焊接應(yīng)力和焊接變形等。在制造過(guò)程中
尤其是焊接環(huán)節(jié)，若操作不當(dāng)，就會(huì)在焊接部位產(chǎn)
生裂紋。如果處理不及時(shí)，就會(huì)給設(shè)備的安全運(yùn)
行帶來(lái)隱患。
1 裂紋產(chǎn)生原因分析
2010年某公司為一煉油廠制造1臺(tái)公稱直
徑DN400、主要材質(zhì)為0Crl8Nil0Ti的“U”形管
換熱器，簡(jiǎn)體采用鍛制筒節(jié)然后環(huán)向組焊的結(jié)構(gòu)
(具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1)。在制造過(guò)程中，按照
圖紙的要求對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后穩(wěn)定性處理，但
熱處理后在插入式接管焊縫根部、管箱隔板角焊
縫等部位發(fā)現(xiàn)多處縱向裂紋，而且在這些裂紋
中，插入式接管焊縫根部的裂紋尤其嚴(yán)重。雖然
對(duì)焊縫進(jìn)行了仔細(xì)打磨精心返修，但對(duì)管箱再次
進(jìn)行穩(wěn)定性處理后，仍然在焊縫的一些部位有裂
紋產(chǎn)生。
針對(duì)此種情況，公司領(lǐng)導(dǎo)立即組織相關(guān)技術(shù)
人員對(duì)設(shè)備在制造過(guò)程中裂紋產(chǎn)生的原因展開(kāi)了
詳細(xì)的分析調(diào)查研究。
表1 換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)
1．1 材料化學(xué)成分及焊縫金相組織因素
(1)母材化學(xué)成分
0Crl8Nil0Ti板材和0Crl8Ni10Ti llI鍛件的
化學(xué)成分及力學(xué)性能經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)都滿足
相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)及圖紙技術(shù)條件中所提出的各項(xiàng)要求。
(2)焊條化學(xué)成分
焊條化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。
從表2可知，硅、硫、磷含量雖然在焊條熔敷
金屬中沒(méi)有超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，但其含量已比
較接近標(biāo)準(zhǔn)上限。硅是 相形成元素，在焊接中
還起脫氧的作用，少量硅有利于提高抗裂性能，還
可提高焊縫強(qiáng)度，但其含量超過(guò)0．4 時(shí)，反而會(huì)
因?yàn)樾纬晒杷猁}雜質(zhì)而降低焊縫金屬的抗裂性
收稿日期：2012 Ol 0G。
作者簡(jiǎn)介：林罡明，男，遼寧省撫順人，1997年畢業(yè)于遼寧石
油化工大學(xué)化工機(jī)械專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，從事壓力容器設(shè)計(jì)及
審核工作，容器室主任，工程師。
Email：xiaofeng7867@ 163．COI1]

第33卷第4期 林罡明．0Crl8Nil0Ti換熱器熱處理后產(chǎn)生裂紋原因分析及改進(jìn)措施
的導(dǎo)熱率小(約為碳鋼的1／3)，而線膨脹系數(shù)大，
焊后的焊接接頭會(huì)產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。由
于現(xiàn)場(chǎng)施工條件較差，造成焊縫表面成形不良，存
在一定的應(yīng)力集中，再加上焊接電流偏大導(dǎo)致的
焊接線能量過(guò)大，晶問(wèn)低熔點(diǎn)共晶物的熔化嚴(yán)重，
晶界處于液態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)。焊縫金屬及近縫區(qū)在
高溫下承受較高的拉伸應(yīng)力和拉伸應(yīng)變，是產(chǎn)生
熱裂紋的基本條件 j。
2 改進(jìn)措施
2．1 減小熔合比
減小熔合比有利于減少母材有害雜質(zhì)對(duì)焊縫
的影響，有利于焊縫區(qū)化學(xué)成分的均勻化，從而保
證按照防止熱裂紋出現(xiàn)所必須的凝固模式順利
實(shí)施。
2．2 加入鐵素體形成元素
設(shè)備焊接時(shí)向焊縫熔入一定量的鐵素體形成
元素，盡量使焊縫金屬呈雙相組織。同時(shí)控制鐵
素體含量在3％ ～5 ]。鐵素體可以細(xì)化奧氏
體組織，能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)，并在一定
程度上打亂樹枝狀晶的方向性，使柱狀晶變細(xì)，晶
界增多，將易熔共晶物分割在不連續(xù)晶界上，從而
降低熱裂紋傾向。焊材改用E347—15型堿性焊
條，因E347—15堿性焊條的焊縫具有良好的抗裂
性能和力學(xué)性能，脫硫、脫磷能力強(qiáng)，焊接接頭含
氫量低，同時(shí)藥皮有去氫作用，故又稱為低氫型焊
條，其成分見(jiàn)表3。
表3 E347—15焊條熔敷金屬化學(xué)成分比較 W，
2．3 消除應(yīng)力熱處理
經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)單位溝通協(xié)商，在征得設(shè)計(jì)方同
意后，將焊后熱處理的溫度改為450～500℃，同
時(shí)增加焊接接頭晶問(wèn)腐蝕試驗(yàn)。通過(guò)驗(yàn)證，上述
做法在消除一定殘余應(yīng)力的同時(shí)亦能滿足抗晶問(wèn)
腐蝕要求。
2．4 規(guī)范焊接工藝
焊接坡口表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺
陷，并進(jìn)行100 PT檢測(cè)I級(jí)合格。SMAW 焊
接時(shí)采取小線能量、短弧焊接、保持弧壓穩(wěn)定、不
擺動(dòng)或輕微擺動(dòng)(擺動(dòng)不大于3倍焊條直徑)，多
層焊時(shí)各層焊道間接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，每層焊后徹底清
除焊渣和表面缺陷，合格后施焊下一層。施焊過(guò)
程中確保收弧和引弧質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)立即清除，
確認(rèn)無(wú)缺陷后再繼續(xù)施焊，盡量避免應(yīng)力集中的
發(fā)生；層間溫度控制在150℃ 以下。接管與殼體
及封頭的焊縫，焊完第一層后進(jìn)行100 PT檢
測(cè)，焊接完成后對(duì)里外口焊縫進(jìn)行修磨。焊接時(shí)
的焊接參數(shù)見(jiàn)表4。接管和筒體的焊接接頭形式
見(jiàn) 圖3。
表4 接管根部位置焊接參數(shù)
圖3 接頭形式示意
參考文獻(xiàn)： [33
[1] 胡大永．奧氏體不銹鋼壓力容器焊接裂紋的產(chǎn)生原
因及其預(yù)防EJ]．有色金屬，2008，(4)：19—21．
Ee] 陳祝年．焊接工程師手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出 F4]
版社，2002．
?？思t．18Cr-10Ni—Ti型奧氏體不銹鋼焊縫裂紋的
成因及防范措施[J]．石油化工應(yīng)用，2010，29(6)：
104一l06．
李世玉．壓力容器設(shè)計(jì)工程師培訓(xùn)教程[M]．北
京：新華出版社，2005．

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