铬钼钢制压力容器注意事项 (2011-08-03 16:38:00) 标签： 学习总结 杂谈
一、简介
1. 铬钼钢的主要特性：耐热性、抗氢性、回火脆性。
（1）耐热性。要求钢材在中、高温条件下金相组织要稳定，否则可能产生石墨化现象，导致材料脆性急剧增大；还要求钢材具有较高的高温持久强度极限和蠕变极限。铬钼钢能达到以上要求。
（2）抗氢腐蚀。
①在高温高压条件下，侵入钢中的氢气与钢中的渗碳体（Fe3C）和不稳定碳化物析出的碳起化学反应，生成甲烷，导致钢材破裂的现象，称为氢腐蚀。
②影响氢腐蚀敏感性最关键因素是钢材的化学成分、操作温度、暴露期间的氢分压和应力水平。
③钢材氢腐蚀的速度随压强和温度的升高而加快，这是因为压强增加，有利于氢气在钢材中溶解；而温度的升高则增加氢气在钢中的扩散速度及脱碳反应速度。 （3）回火脆性。
①发生在370-595℃温度范围内。接近这个温度范围的上限时，脆化速度高，接近下限时，脆化发展缓慢。
②脆化材料和非脆化材料的差别，仅表现在缺口冲击韧性和韧脆转变温度的不同，而拉伸性能无明显差别。回火脆化的程度一般是靠韧脆转变温度的升高来表明的。
③常用的Cr-Mo钢种中，含Cr量为2%-3%的Cr-Mo钢（2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.3V、3Cr-1Mo、3Cr-1Mo-0.25V等）回火脆化倾向最严重。
④脆化敏感性的程度，按金相组织马氏体、贝氏体、珠光体的顺序依次降低。降低方法是尽可能降低杂质元素（P、Sb、Sn、As）的含量。 ⑤防止措施：A.控制钢材中的Si、Mn含量和有害元素含量是防止产生挥霍催化的基本措施；B.控制钢材和焊缝金属的韧脆转变温度。
2. 临氢压力容器常用的铬钼钢有1Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo-Si、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.3V、3Cr-1Mo、3Cr-1Mo-0.25V等。
3. 在普通碳素钢基础上添加阻止渗碳体分解和强碳化物形成元素Cr、Mo、V等，便可达到减小和防止钢中甲烷的生成，从而避免发生氢腐蚀。
4. 部分铬钼钢（如2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.3V、3Cr-1Mo、3Cr-1Mo-0.25V等）长期在370-595℃的温度范围内操作会产生冲击韧性下降、韧脆转变温度升高的现象，这就是回火脆化。铬钼钢强度高，淬硬倾向大，易产生氢致裂纹（延迟裂纹）。 二、材料要求
1. 用于压力容器的铬钼钢钢材须经过正火（淬火）加回火热处理，使钢材晶粒细化、组织均匀稳定、强度和塑性配合适宜，综合性能优异。（SH/T3075-2009 D.3.1） 2. 用于壳体的Cr-Mo钢板，使用温度低于0℃时，应注意低温冲击试验。（GB150 4.2.7a） 3. 用于壳体的厚度大于25mm的Cr-Mo钢板，应逐张进行超声检测，合格级别不低于III级。（GB150 4.2.9b）
4. Cr-Mo钢可作为设计温度小于550℃的耐热钢或大于200℃的抗氢用钢。（SH/T3075-2009 5.1.8）
5. 用于壳体的材料为Q370R、13MnNiMoR、18MnMoNbR和Cr-Mo钢，且厚度大于25mm
的钢板应逐张进行超声检测，合格级别不低于II级。（SH/T3075-2009 6.1.2）
6. 工作温度大于200℃的临氢压力容器用钢锻件，应符合III级或III级以上要求。（SH/T3075-2009 6.2.2.2）
7. 目前很多工程公司对2.25Cr-1Mo钢采用下列控制指标：（压力容器设计工程师培训教程） 钢材回火脆化敏感性系数J=(Si+Mn)(P+Sn)x104≤120；
焊缝金属回火脆化敏感性系数X=(10P+5Sb+4Sn+As)/100≤15ppm； 抗回火脆性指标VTr54+2.5ΔVTr54≤10℃； 限制硫含量小于0.010%； 限制磷含量小于0.012%。
8. 压力容器III级、IV级锻件应进行超声检测；凡Rm＞540Mpa的锻件、Cr-Mo钢锻件应进行磁粉或渗透检测。
三、结构设计（压力容器设计工程师培训教程）
铬钼钢具有淬硬倾向大、焊后易出现冷裂纹、长期在高温下使用时在应力集中处可能会产生蠕变脆化，在设计铬钼钢制压力容器时，应注意以下问题： 1. 开口与接管
采用接管补强，对于压力较高、器壁较厚或开孔直径较大时，通常采用锻制厚壁管加工出翻边并与器壁对接焊接结构。不用补强板。 2. 附件连接
所有与器壁相焊的附件（受压件与非受压件），均希望采用双面全焊透结构，并要求焊完一面后，从另一面清除焊根，经磁粉检测合格后再完成另一面焊接，并对焊缝进行超声和/或磁粉检测。不贴垫板。 3. 裙座（支座）与器壁的连接
当立式容器直径小、高度低、质量轻时常采用支耳支承结构，选用无垫板的支耳。筋板与器壁的焊接应采用开坡口全焊透结构。当选用裙座时，联接处的一段裙座材质应与壳体相同，且长度不能小于500mm，也同样不能选用与器壁角接或搭接连接结构，而应采用对接结构。
四、制造、检验与验收
1. 标准抗拉强度Rm＞540Mpa的钢材及Cr-Mo低合金钢材经火焰切割的坡口表面，应进行磁粉或渗透检测（检测范围为坡口及其两侧各20mm），当无法进行磁粉或渗透检测时，应由切割工艺保证坡口质量。（GB150 10.2.2b） 火焰切割相当于表面淬火。
2. 用Rm＞540Mpa的钢材及Cr-Mo低合金钢和不锈钢材制造的压力容器以及焊接接头系数Φ=1.0的容器，其焊缝表面不得有咬边。（GB150 10.3.3.4）
咬边削弱了焊缝承载面积，由于局部结构不连续而引起应力集中容易引起开裂。高强钢缺口敏感性强，缺陷易扩展；Φ=1.0时咬边会削弱母材强度；奥氏体不锈钢咬边对抗腐蚀不利。
3. 容器及受压元件符合下列条件之一时，应进行焊后热处理：（GB150 10.4.4.1） ① 任意厚度的18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、20MnMo、20MnMoNb、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2Mo1和1Cr5Mo钢。
厚板比薄板容易产生焊接裂纹，应尽可能焊前预热、焊后热处理。
4. Cr-Mo低合金钢制压力容器的A类的圆筒纵向焊接接头，应按每台容器制备产品焊接试板：（GB150 10.5.1.1）
5. 钢材厚度δs大于16mm的12CrMo、15CrMoR、15CrMo；其他任意厚度的Cr-Mo低合金钢制的容器及受压元件，对其A、B类焊接接头进行100%射线检测或者超声检测，合格级
别不低于RT-II或者UT-I：（GB150 10.8.2.1） 6. 凡符合下列条件之一的焊接接头，应对其表面进行磁粉或渗透检测，合格级别不低于I级：（GB150 10.8.3）
① 上面5容器上的C、D类焊缝； ② 复合钢板的复合层焊接接头；
③ Rm＞540Mpa的材料及Cr-Mo低合金钢材经火焰切割的坡口表面，以及该容器的缺陷修磨和补焊处得表面，卡具和拉肋等拆除处得焊痕表面。 7. 铬钼钢焊后热处理对焊缝硬度的要求：（《化工压力容器设计技术问答》） 材料 C-0.5Mo、MnMo、MnMoNi 0.5Cr最大 225 0.5Cr到2Cr 225 2.25Cr到9Cr 241 最大布氏硬225 度HB 8. 对铬钼钢和Rm大于540Mpa的钢制压力容器，在热处理前应对A类和B类焊缝及DN≥250、厚度≥29mm的接管进行射线检测，热处理后进行超声检测，以保证最终产品质量。（《化工压力容器设计技术问答》）
9. 铬钼钢焊缝背面挑焊根应进行磁粉或渗透检测。当第一道焊接时，工件处于冷态，在起弧及焊接过程中易在根部产生未焊透、焊渣、咬边、微裂纹等缺陷，为了保证下一道焊接的质量，应在根部挑焊根，除去缺陷，并应进行磁粉或渗透检测。（《化工压力容器设计技术问答》） 10. 有延迟裂纹倾向的材料如Rm＞540Mpa和Cr-Mo钢容器，应在焊完后至少24小时后才能进行无损检测。（《化工压力容器设计技术问答》）
11. 铬钼钢制压力容器制造过程中，一般除严格控制焊前预热温度外，还要保持焊接过程中的层间温度，焊后尚应采取焊后保温的消氢热处理或中间消除应力热处理和最终焊后热处理等多种形式的热处理，方能保证焊接接头具有优良的综合性能。
12. 当设计温度低于425℃，且因现场施工条件限制难以进行焊后热处理时，经设计单位或建设单位同意，铬钼耐热钢的焊接可采用高铬镍（35%Cr-13Ni%及以上）奥氏体焊接材料进行焊接，焊后可不做热处理。（SHT3520-2004 4.2.2）
13. 铬钼耐热钢与奥氏体钢组成的异种钢焊接接头，当设计温度低于425℃时，宜选用35%Cr-13Ni%及以上的奥氏体焊接材料；当设计温度高于或等于425℃时，应选用镍基焊接材料。（SHT3520-2004 4.2.3）
14. 焊接接头在焊后、热处理和水压试验后，均要进行表面检测（优先采用磁粉检测），确保无裂纹之类缺陷存在。
五、铬钼钢制压力容器使用注意事项
1.铬钼钢长期在370-595℃条件下操作时，会产生不同程度的回火脆化，即韧性变坏、韧脆转变温度升高。当铬钼钢制压力容器的使用温度低于或接近韧脆转变温度，应力达到一定水平时，铬钼钢就可能会发生脆性破坏，当容器壁中实际应力低于铬钼钢屈服强度的1/5时，这种形式的破坏几乎可以避免。
2.对铬钼钢制压力容器，如加氢精制和加氢裂化反应器，开工时采取先升温后升压，停工时先降压后降温的方法来防止脆性破坏的发生。 分享： 2
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