材料与焊接石油化工设备技术，２００９，３０（４）?４８?
Ｐｅｔｒｏ—ＣｈｅｍｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｒ－Ｍｏ钢承压设备焊后热处理工艺的探讨
王百森
（中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津３００２７１）
摘要：通过一些试验研究和工程实例，介绍了采用铬钼钢制造的承压设备，经热处理后对钢材性能的影响。特别指出对某些钢材或构件进行热处理，在消除应力的同时，也可能带来一些负面的作用。为此，探讨了铬钼钢设备的焊后热处理工艺并提出了一些建议。
关键词：铬钼钢设备；焊后热处理；工艺探讨
中图分类号：ＴＥ９６９文献标识码：Ｂ文章编号：１００６—８８０５（２００９）０４—００４８—０４
炼油、大型火电机组及煤代油生产合成气的加压气化装置中的中高温设备，均要求钢材有良好的抗氧化性（耐热性）、足够的高温强度以及优良的韧性，为此，广泛采用各种类型的铬钼钢。
目前，我国一些大中型制造厂制造这类设备应用较多的钢种是：１Ｃｒ一０．５Ｍｏ（例如：１５ＣｒＭｏＲ、１５ＣｒＭｏｇ、ＳＡ３８７Ｇｒｌ２等）；１．２５Ｃｒ－０．５Ｍｏ（例如：１４ＣｒｌＭｏＲ、ＳＡ３８７Ｇｒｌｌ、ＳＡ３３６Ｆ１１、ＳＡｌ８２Ｆ１１等）；２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ（例如：１２Ｃｒ２ＭｏｌＲ、ＳＡ３８７Ｇｒ２２、ＳＡ３３６Ｆ２２、ＳＡｌ８２Ｆ２２等），当然还有含钒的Ｃｒ—Ｍｏ钢。此外，还有的炼油设备采用爆炸复合钢板制作，其基层为Ｃｒ—Ｍｏ钢，复层为不锈钢。
承压设备的一些制造厂，在制造过程电遇到某些有争议的问题，本文略举一二，以求与同行商榷。
１Ｃｒ－Ｍｏ钢的焊后热处理（ＰＷＨＴ或ＳＲ处理）Ｃｒ—Ｍｏ钢设备需进行焊后热处理，以消除焊接残余应力，降低焊接接头的硬度和改善其力学性能。随着装置的大型化，钢材强度或厚度增加，制造工艺规范有可能将热处理温度提高或保温时间延长。
Ｃｒ－Ｍｏ钢焊缝金属中含有较多的淬硬组织，经较高温度的热处理，在消除应力、降低硬度的同时，改善了韧性。但是，在提高热处理温度或过分延长保温时间（即增大回火参数），会引起焊缝金属和热影响区金相组织中碳化物沿晶界聚集，也可能导致铁素体晶粒粗化。使焊接接头的强度降低，韧性变差，出现消除应力脆化（再热脆化）。
一些中外文献［１’２１在２０世纪８０年代，就报道过Ｃｒ－Ｍｏ钢的再热脆化的事例。文献研究石油化工中用的Ｃｒ—Ｍｏ钢和反应堆压力容器用的Ｍｎ－Ｎｉ—Ｍｏ钢，采取不同的回火参数进行热处理，测试回火参数对埋弧焊焊缝金属强度、韧性的影响。图１为回火参数对焊缝金属抗拉强度的影响，图２为回火参数对焊缝金属脆性转变温度的影响。
图１回火参数对焊缝金属（埋弧焊）
抗拉强度的影响Ⅲ
由图１可见，回火参数ＴＰ从１９左右增至２０
收稿日期：２００９—０６－０３。
作者简介：王百森（１９６５一），男，高级工程师，１９８７年毕业于河北机电学院金属材料专业，中国机械工程学会压力容器分会管道委员会委员，一直在石化企业从事设备技术管理工作，现任中国石化天津分公司设备管理部部长，拥有国家实用新型专利１项、省部级科技进步成果２项，发表科技论文十余篇。
Ｅｍａｉｌ：ｓｈｂｇｌ＠ｔｐｃｃ．ｃｏｒｎ．ｃｎ
万方数据
第３０卷第４期王百森．Ｃｒ－Ｍｏ钢承压设备焊后热处理工艺的探讨
左右时，其焊缝金属的强度ＴＳ呈线性下降，强度不太高的１．２５Ｃｒ一０．５Ｍｏ比强度较高的２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ降得更明显。
图２回火参数对焊缝金属（埋弧焊）
脆性转变温度的影响叫
由图２可见，当回火参数ＴＰ为１９左右时，１．２５Ｃｒ－０．５Ｍｏ和２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ焊缝金属的脆性转变温度最低（韧性最高）；当ＴＰ增至２０左右时，三种焊缝金属的脆性转变温度有不同程度的提高（韧性变差，即再热脆化）。
从图２的转变曲线看出，２．２５Ｃｒ－ｌＭｏ的再热脆化倾向很轻微，当其经受较高的温度和较长时间的热处理后，曲线上升得不明显，韧性仍保持在较高的水平，这与焊缝中的Ｃｒ、Ｍｏ含量较高，耐热性较强的性能相吻合；而１．２５Ｃｒ一０．５Ｍｏ有着明显的再热脆化倾向，当ＴＰ值从约１９．５开始，曲线明显上升，原来不算高的韧性出现大幅度的下降。不过，由于１．２５Ｃｒ－０．５Ｍｏ钢的焊缝金属步冷试验前后ｖＴｒｓ值几乎没有差异，说明其回火脆性非常小，对这类钢，一般是通过增加或调整Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ含量提高淬硬性、降低含氧量来提高强度和韧性，而不是采取提高回火参数达到目的。文献［１］的试验还表明，１．２５Ｃｒ－０．５Ｍｏ焊缝金属中无论是低Ｓｉ（０．１８％）还是高Ｓｉ（０．３０％），在ＴＰ达到某值以上时，都会发生“消除应力脆化”，为此，应适当控制热处理时的回火参数。
长期以来，一些技术人员关注焊后热处理对消除焊接残余应力的作用，而忽视了其不利的影响。实际上，１．２５Ｃｒ－０．５Ｍｏ钢及其焊接接头经某种规范的热处理，造成韧性降低乃至破裂的实例在我国已多次发生。
例１：１．２５Ｃｒ－０．５Ｍｏ钢厚板经热处理后，在预成形压头时开裂。
文献［２］报道了２０世纪９０年代初，某公司化工机械厂采用西德进口的ＳＡ３８７ＧｒｌｌＣＬ２制造，设计压力为４．５２ＭＰａ、设计温度为４７５℃、规格为４３８００ｍｍ×９１ｍｍ、容积为７６．７ｍ３的高温变换炉。其筒节由两张长９ｍ宽２．７ｍ的钢板卷焊而成，有一筒节的一张钢板压头时，一端回弹大，难成形。为此厂方将钢板放入长１７ｍ的电炉内进行（５８０～６００）℃×５．５ｈ的热处理。当出炉冷至室温后在大型滚圆机上作业时，一声脆断，沿板端头的缺口处（有应力集中）出现了４条呈放射形的裂纹，断裂长度为５００～１４００ｍｍ。
为探明断裂原因，该厂从断裂的钢板上取样进行试验，结果表明：
（１）原材料成分合格，但钢材的组织不均匀且有硬化（Ｍ—Ａ）相；
（２）钢板经上述热处理后冲击功明显下降，其１０℃的ＡＫｖ最低达１５Ｊ；
（３）对原材料和经上述热处理（有再热脆化）的钢板进行落锤试验，测定脆性转变温度（ＮＤＴＴ），试验数据证明，随板厚增加，ＮＤＴＴ提高；经上述热处理的脆性转变温度更加高，ＮＤＴＴ在室温附近。
为此，该厂对这类钢厚壁筒节的压头、滚圆、校圆工艺是将钢板经３００℃Ｘ２ｈ的加热后温压、温校（至８０℃终止），而不是采取６００℃以上长时间热处理后在室温作业。
例２：１５ＣｒＭｏ钢管焊接接头热处理时间过长。
２００４年某机械厂制造加氢换热器，对壁厚为１０ｍｍ的、１５ＣｒＭｏ接管焊接接头进行（５７０±１０）℃×３ｈ的局部热处理。当询问此管焊接接头为何保温３ｈ时，回答是：因焊接工艺评定是３ｈ。实际上这是一个误区。
例３：加压气化炉部件在有缺口效应的状况下热处理，造成母材放射性开裂。
我国采用壳牌粉煤加压气化技术建造的最大气化炉壳体净重约１０１０ｔ，内件２５０ｔ。该装置由气化炉、气体返回室、导管和废热锅炉４大件组成。其设计压力为５．２ＭＰａ、设计温度４５０℃、最低操作温度２１５℃；介质：合成气、水蒸气；壳体锻件由法国进口，钢号为ＳＡ３３６Ｆ１１
ＣＬ２、ＳＡｌ８２万方数据
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