不銹鋼-鋼復(fù)合厚鋼板設(shè)備制造過程中的關(guān)鍵工序分析

不銹鋼-鋼復(fù)合厚鋼板設(shè)備制造過程中的關(guān)鍵工序分析

由于石油、化工行業(yè)內(nèi)設(shè)備的大型化，高參數(shù)（如壓力、溫度），介質(zhì)的復(fù)雜性，考慮到設(shè)備的防腐蝕性能及制造成本，材料選用不銹鋼鋼板，厚度較厚，而選用不銹鋼-鋼復(fù)合板，既能滿足使用要求，經(jīng)濟(jì)性也更加顯著。對于一些不銹鋼-鋼復(fù)合板設(shè)備，由于設(shè)備內(nèi)介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，晶間腐蝕，加之高參數(shù)（如壓力、溫度），不銹鋼-鋼復(fù)合板設(shè)備基層厚度較厚，制造過程中涉及的問題較多。該類設(shè)備在制造過程中，對筒體卷筒后的校圓與堆焊的先后順序、是否進(jìn)行中間熱處理、焊后熱處理等都有要求。

關(guān)鍵詞：不銹鋼-鋼復(fù)合板設(shè)備;應(yīng)力腐蝕;校圓和堆焊的先后順序;熱處理

不銹鋼-鋼復(fù)合板設(shè)備較不銹鋼設(shè)備而言，不銹鋼-鋼復(fù)合板材料不僅具有良好的耐腐蝕性能、又具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和加工性能，既提高了設(shè)備的耐腐蝕性，延長了設(shè)備的使用壽命，又降低了設(shè)備成本，在石油、化工行業(yè)設(shè)備上被廣泛采用。

不銹鋼-鋼復(fù)合板是以不銹鋼為覆材，碳素鋼、低合金鋼或不銹鋼為基材，用爆炸焊接法或軋制復(fù)合法制造的復(fù)合板。一般不銹鋼鋼板厚度大于16mm時(shí)，設(shè)備材料選用不銹鋼-鋼爆炸焊接復(fù)合板。

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對于存在應(yīng)力腐蝕的不銹鋼-鋼復(fù)合厚鋼板設(shè)備，焊接完成后需要對該類設(shè)備進(jìn)行整體焊后熱處理，來消除應(yīng)力。而這種設(shè)備往往基層較厚，基層厚度與覆層厚度之比較大，筒體在制造過程中校圓難度系數(shù)較大，因此，對于這種厚筒體制造過程有兩種，一種是常規(guī)法，即下料，卷筒，待筒體基層、過渡層、覆層焊接完成后進(jìn)行校圓;另一種方法是下料，卷筒，待筒體基層焊接完成后校圓，之后再進(jìn)行過渡層和覆層的堆焊;對以上兩種方法以S31603+Q345R（正火）（6+60mm）的高壓反應(yīng)釜在實(shí)際制造過程中的優(yōu)劣進(jìn)行比較說明。

高壓反應(yīng)釜為立式耳座支承，帶夾套，設(shè)備內(nèi)部設(shè)置盤管;具體設(shè)計(jì)參數(shù)：內(nèi)筒設(shè)計(jì)壓力9.9MPa，設(shè)計(jì)溫度250℃，介質(zhì)氨水、石油液化氣、硫磺;夾套設(shè)計(jì)壓力3.0MPa，設(shè)計(jì)溫度234℃，介質(zhì)蒸汽;盤管設(shè)計(jì)壓力5.0MPa，設(shè)計(jì)溫度320℃，介質(zhì)導(dǎo)熱油/冷卻水。設(shè)備材質(zhì)為S31603+Q345R（正火），厚度（6+60）mm，規(guī)格：φ1500×3000。考慮到復(fù)合板原材料的尺寸及筒體較厚，制造過程中將筒體分兩段分別卷制，最后組對裝配。按照正常工藝順序?qū)σ还?jié)筒體進(jìn)行制造：下料→卷板→焊接→校圓→無損檢測→組對，唯一不同的是復(fù)合板筒體的焊接，一般先焊基層焊縫，然后焊過渡焊縫，最后焊覆層焊縫，焊接基層、過渡層、覆層的過程中每層均嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行無損檢測，每層焊接均在無損檢測合格后進(jìn)行下一層的焊接，完成后對筒體進(jìn)行校圓，然而，出現(xiàn)筒體被拉裂，焊縫及焊縫附近出現(xiàn)肉眼可見的裂紋，用超聲檢測，發(fā)現(xiàn)裂紋深度已經(jīng)到達(dá)過渡層，必須將覆層、過渡層刨掉重新焊接，筒體無法組對。

對另一節(jié)筒體改變工藝順序，采用下料→卷板→基層焊接→中間熱處理→校圓→無損檢測→過渡層、覆層焊接→組對，具體如下：下料，卷板，基層焊縫焊接，基層焊接完畢后進(jìn)行中間退火熱處理，熱處理保溫溫度和保溫時(shí)間見表1，熱處理結(jié)束后進(jìn)行校圓，校圓后對基層待堆焊面進(jìn)行表面檢測，檢測合格后進(jìn)行過渡層堆焊，堆焊結(jié)束后對基層焊縫、過渡層焊縫進(jìn)行射線檢測，表面檢測，合格后進(jìn)行覆層焊接，焊接完成后對覆層焊縫進(jìn)行超聲和表面檢測，校圓過程無裂紋出現(xiàn)。

對于筒體基層、過渡層、覆層均焊接完成后進(jìn)行校圓的制造過程，對于復(fù)合薄鋼板，不會(huì)出現(xiàn)以上筒體被拉裂的問題，但是對于復(fù)合厚鋼板，如本例中高壓反應(yīng)釜用S31603+Q345R（正火）復(fù)合板，復(fù)層厚度6mm，基層厚度60mm，厚度差距太大，焊接之后元件拘束度過大;從材料本身分析，由于Q345R的屈服強(qiáng)度Rp0.2（Rel）為315MPa，平均線膨脹系數(shù)為10.76×10-6mm/mm℃，線膨脹量為0.013mm，斷后伸長率21%;S31603屈服強(qiáng)度Rp0.2為180MPa，平均線膨脹系數(shù)為16.28×10-6mm/mm℃，線膨脹量為0.002mm，斷后伸長率40%;材料的厚度和性能差異疊加在一起，即使焊接過程中經(jīng)無損檢測無裂紋，合格，但是筒體在校圓過程仍然會(huì)被拉裂，出現(xiàn)裂紋。而第二種工藝，從通過增加中間熱處理，降低了筒體的拘束度和焊接應(yīng)力，改善了焊接接頭的組織和性能，在焊完基層后進(jìn)行校圓，也避免了復(fù)層、過渡層焊縫受力。 因此，對于復(fù)合厚鋼板設(shè)備筒體的制造，第二種工藝是比較合理、可行的。

該臺(tái)設(shè)備需要制造完成后進(jìn)行整體焊后熱處理，目的主要為改善焊接接頭的組織和性能，降低殘余應(yīng)力。而GB/T150、GB/T30583以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并沒有對這種材料提出具體的焊后熱處理保溫溫度及保溫時(shí)間。對于不銹鋼材料，以及不銹鋼-鋼復(fù)合板一般是不建議進(jìn)行熱處理，當(dāng)確實(shí)需要熱處理時(shí)應(yīng)避免母材和焊接接頭中鉻的碳化物Cr23C6析出和形成σ相，因此在進(jìn)行焊后熱處理前必須制定合理、正確的焊后熱處理工藝，保證設(shè)備材料原有的性能，否則得不償失。

不銹鋼-鋼復(fù)合鋼制壓力容器焊后熱處理按基層材料要求。覆層為堆焊金屬的不銹鋼復(fù)合鋼制壓力容器，如果基層需要焊后熱處理，則應(yīng)在堆焊覆層后再進(jìn)行[3]。不銹鋼-鋼復(fù)合板是以復(fù)合板總厚度確定焊后熱處理工藝。在焊后熱處理工藝中主要要確定保溫溫度和保溫時(shí)間。根據(jù)不銹鋼-鋼復(fù)合板的熱處理保溫溫度和保溫時(shí)間按照基層的熱處理溫度和時(shí)間來確定。Q345R材料的焊后熱處理的保溫溫度一般為620±10℃為宜;在相關(guān)資料中指出不銹鋼的熱處理溫度在550～600℃較好，因此，對于S31603+Q345R（正火）的高壓反應(yīng)釜采用550℃的保溫溫度，按照制定的熱處理工藝，見表2，熱處理試板按照GB/T4334-2020中硫酸-硫酸銅法進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，合格。目前該設(shè)備在安全運(yùn)行中。