奧氏體不銹鋼堆焊層鐵素體含量及其測(cè)定

1、加氫反應(yīng)器堆焊層鐵素體含量及其測(cè)定呂鋒杰張權(quán)良摘要：加氫反應(yīng)器作為煉油過(guò)程中的核心反應(yīng)設(shè)備，其運(yùn)行工況相當(dāng)苛刻，全面檢驗(yàn)中其鐵素體含量的檢測(cè)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文討論了控制堆焊層中鐵素體含量的意義，在對(duì)目前的鐵素體測(cè)量方法對(duì)比分析基礎(chǔ)上，采用了磁導(dǎo)率鐵素體儀對(duì)某加氫反應(yīng)器堆焊層的鐵素體含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)合本次檢驗(yàn),本文對(duì)MP30鐵素體測(cè)定儀的檢測(cè)要求和操作要領(lǐng)進(jìn)行了歸納，為鐵素體儀的應(yīng)用推廣提供幫助。關(guān)鍵詞：鐵素體、加氫反應(yīng)器、檢測(cè)0前言武漢石化重整加氫車間有一臺(tái)加氫精制反應(yīng)器，2008年停產(chǎn)檢修期間，本所負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行全面檢驗(yàn)，加氫反應(yīng)器作為加氫重整裝置中的核心設(shè)備，無(wú)論從生產(chǎn)或是從安全考慮都居于

2、極其重要的地位，加上其容積大、壁厚大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造要求高，又在苛刻的條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，因此，其在用檢驗(yàn)是責(zé)任重大的工作。按照標(biāo)準(zhǔn)要求，堆焊層中鐵素體含量應(yīng)控制在310%，它們的存在對(duì)堆焊層鋼的強(qiáng)韌性、抗氫致開(kāi)裂、耐腐蝕性能及焊接性等產(chǎn)生一定的影響，所以需要對(duì)其含量進(jìn)行精確測(cè)定。加氫反應(yīng)器主要參數(shù)尺寸規(guī)格：Q=3000mm（內(nèi)徑）、L=22791mm（容器高）、105.5mm（筒體壁厚）、66.5（球型封頭壁厚）；幾何容積：113m3；制造單位：中國(guó)第一重型機(jī)械廠；投用日期：2002年10月；壓力：設(shè)計(jì)壓力9.5MPa、操作壓力9.0MPa；溫度：設(shè)計(jì)溫度435C、操作溫度420；工作介質(zhì)：柴油

3、、氫氣和硫化氫；主體材質(zhì)：基材為2.25Cr-1Mo（厚度為99mm）、過(guò)渡層為E-309L、堆焊層為E-347（堆焊層厚度不小于3mm）；鐵素體含量超標(biāo)的危害在重整加氫工藝中，使用的反應(yīng)器為了抗高溫高壓條件下氫的腐蝕，所以一般使用2.25Cr-1Mo制造。由于介質(zhì)中含有硫化氫，而CrMo鋼不耐硫化氫的腐蝕，所以，在加氫反應(yīng)器的內(nèi)壁還需要堆焊耐腐蝕的不銹鋼。該加氫精制反應(yīng)器內(nèi)壁采用E-347單層帶機(jī)堆焊（堆焊層厚度不小于3mm）,堆焊層金相組織因?yàn)榫鶆虻膴W氏體和鐵素體相）雙相組織，一般鐵素體含量應(yīng)控制在3%10%。堆焊層中適量的鐵素體存在，能使其在臨氫環(huán)境中，具有較高的抗裂紋生長(zhǎng)能力。但是，鐵

4、素體含量過(guò)高則會(huì)一定的危害。首先，將造成堆焊層材料脆化。降低材料的韌性，容易產(chǎn)生裂紋等缺陷，造成脆性破壞；另外，將造成奧氏體抗腐蝕性能下降；其次，鐵素體與奧氏體的電極電位不同，鐵素體數(shù)量超過(guò)某一限度后，會(huì)使點(diǎn)蝕傾向正大。究其產(chǎn)生上述危害的原因，在550C900C區(qū)間，易使E-347堆焊層中的鐵素體發(fā)生6O的轉(zhuǎn)變，Cr-Mn-Ni的存在將使形成O相的傾向增大，O相的形成會(huì)造成奧氏體貧Cr,因而使金屬脆化和抗腐蝕性能下降。另外，母材中的碳通過(guò)熔合線向不銹鋼堆焊層金屬遷移及形成馬氏體區(qū)，從而形成堆焊層的脆化1。鐵素體測(cè)定方法比較常規(guī)金相法常規(guī)金相法采用檢測(cè)a相面積含量，使用對(duì)照評(píng)級(jí)圖評(píng)級(jí)法。特點(diǎn)是測(cè)

5、量范圍窄，其中奧氏體不銹鋼中a相面積含量金相測(cè)定法GB/T13305-1991中，鐵素體含量分為0.54.0共6級(jí)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)圖，測(cè)量誤差0.5級(jí)，測(cè)量范圍為235；而鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼a相面積含量金相測(cè)定法GB/T6401-1986中鐵素體含量分帶系和網(wǎng)系各9級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量范圍為3575，這種含量以級(jí)別的計(jì)算方法，使得無(wú)法精確確定鐵素體含量。另外常規(guī)金相方法，很費(fèi)時(shí)間，成本相當(dāng)高、測(cè)量誤差也較大，現(xiàn)一般不在使用2?；瘜W(xué)分析圖譜法該方法是根據(jù)被檢材料化學(xué)成分，按照規(guī)定規(guī)定的Cr和Ni當(dāng)量計(jì)算公式，分別計(jì)算出合金元素的Cr當(dāng)量和Ni當(dāng)量值。然后將計(jì)算的Cr和Ni當(dāng)量值，在不銹鋼組織圖中找到坐標(biāo)值

6、，兩坐標(biāo)的交點(diǎn)，便是鐵素體含量值。目前不銹鋼組織圖有謝夫爾圖和德龍圖。這個(gè)方法的難點(diǎn)是需要準(zhǔn)確地測(cè)定待測(cè)件的化學(xué)成分，目前該方法在不同實(shí)驗(yàn)室的測(cè)定差值較大，可能達(dá)到406。磁測(cè)定法磁測(cè)定方法是目前研究最多的新型檢測(cè)方法，按檢測(cè)量（指標(biāo)），它又可分為磁飽和、磁導(dǎo)率和磁吸力三類，美國(guó)焊接學(xué)會(huì)已頒布了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（AWSA4.2M/A4.2）對(duì)美、英和德制造的三種磁測(cè)儀器的校驗(yàn)程序進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，保證了其具有較高的精度，另外，該方法具有操作簡(jiǎn)單、速度快等優(yōu)點(diǎn)。所以磁測(cè)定法是目前鐵素體測(cè)量方法中最好的方法3、4。加氫精制反應(yīng)器鐵素體含量測(cè)定通過(guò)上述鐵素體含量對(duì)不銹鋼危害分析，確定本次全面檢驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)準(zhǔn)

7、確地對(duì)鐵素體進(jìn)行定量檢測(cè)，其值在3%10%范圍才表面設(shè)備合格。根據(jù)各種鐵素體檢測(cè)方法的對(duì)比和本次檢測(cè)要求，本項(xiàng)目采用德國(guó)生產(chǎn)的MP30型鐵素體儀，進(jìn)行鐵素體含量測(cè)定，該儀器的原理是采用檢測(cè)磁導(dǎo)率的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量。檢測(cè)工藝要求為了準(zhǔn)確測(cè)定其鐵素體含量，必須制定嚴(yán)格的檢測(cè)工藝，主要應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：（1）測(cè)量點(diǎn)應(yīng)有代表性、全面性，檢測(cè)部位必須能真實(shí)客觀地反應(yīng)上下彎管內(nèi)壁、上下封頭內(nèi)壁及筒體內(nèi)壁等各處的鐵素體含量分布情況；（2）由于焊接工藝（焊接角度）對(duì)鐵素體含量影響很大，所以對(duì)某些容易產(chǎn)生問(wèn)題的部位，如手工焊的凸臺(tái)、手工焊的筒體和下封頭連接焊縫（最后一道環(huán)縫）必檢；（3）為了減少測(cè)量中偶然因素的

8、影響，提高測(cè)量精度，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都是10次測(cè)定結(jié)果的平均值。檢測(cè)結(jié)果如圖所示，進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，共有120個(gè)鐵素體含量測(cè)量點(diǎn)。第7圈第9圈第10圈第11圈Z4第15圈第16圈第18圈第19圈第20圈第21圈Z8270（銘牌方位）Z10H1H11Z12上切線上彎管/第3圈上270180下封頭下彎管第25圈180第22圈第23圈第24圈H13下切線H15（下封頭支座鍛件與裙座焊縫）第29圈第30圈R3圖加加氫精精制反應(yīng)器鐵素體體量檢測(cè)測(cè)布置布展開(kāi)圖檢測(cè)結(jié)果匯總?cè)绫?，表明該設(shè)備鐵素體含量在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。序號(hào)測(cè)定部位鐵素體含量（）1上彎管內(nèi)壁堆焊層3.344.642上封頭內(nèi)壁堆焊層4.314.723內(nèi)

9、壁筒體堆焊層（包括凸臺(tái)和大合攏焊縫處）3.366.884下封頭內(nèi)壁堆焊層3.664.655下彎管內(nèi)壁堆焊層4.035.715.鐵素體儀MP30檢測(cè)要求及操作過(guò)程55.1操作注意事項(xiàng)（1）測(cè)量時(shí)，為了避免探頭的尖端磨損，要做到以下幾點(diǎn)1）避免撞擊，迅速、輕柔地放置探頭；2）不能在被測(cè)面上拖拉探頭；3）不能放置探頭在熱的或酸性表面，不能將探頭侵入液體中；（2）檢測(cè)時(shí)，通常，要考慮下列情況對(duì)鐵素體含量的正確檢測(cè)的影響。1）被測(cè)物的曲率，凸型曲面的直徑小于50mm，凹型曲面的直徑小于80mm；2）被測(cè)物的厚度小于2mm；3）復(fù)合層的厚度小于2mm；4）測(cè)量位置離邊緣的距離小于2mm；這些影響因素可以通

10、過(guò)對(duì)檢測(cè)值乘以相應(yīng)的系數(shù)而進(jìn)行修正，其修正曲線由廠家提供。檢測(cè)表面要求確保被檢測(cè)的區(qū)域無(wú)損傷或臟污（如有液體、機(jī)油等），檢測(cè)表面應(yīng)光滑，粗糙表面會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的正確性。檢測(cè)1）根據(jù)需要，設(shè)置測(cè)量單位、日期格式、時(shí)間、日期、語(yǔ)言、顯示模式、檢測(cè)值存儲(chǔ)方式和延遲。2）靈敏度校準(zhǔn)。首先，用探頭在基準(zhǔn)塊，進(jìn)行清零操作，要在基準(zhǔn)塊上多找?guī)讉€(gè)點(diǎn)來(lái)重復(fù)檢測(cè)，使顯示的平均值變化很小，以保證清零的正確性；然后，用第一個(gè)校正試樣，進(jìn)行校正，可以在校正試樣上多測(cè)幾個(gè)點(diǎn)的值，當(dāng)各點(diǎn)的平均值變化不大，便可進(jìn)行下一步校準(zhǔn)。如果顯示的平均值和第一個(gè)校正試樣上的標(biāo)稱值不相符，須調(diào)節(jié)使其相符；按照上述方法，分別用第2、3塊校正

11、試樣，對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，結(jié)束校正后，新的校正值將自動(dòng)存儲(chǔ)，儀器可以用于檢測(cè)；數(shù)據(jù)后處理檢測(cè)完畢后，可以查看存儲(chǔ)在儀器上的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最小值、最大值和每個(gè)檢測(cè)值等檢測(cè)結(jié)果信息，若配有打印機(jī)，則可直接打印結(jié)果。6.參考文獻(xiàn)1齊樹(shù)柏譯，關(guān)于堆焊層不銹鋼壓力容器氫脆問(wèn)題的研究J,壓力技術(shù)，1981.19（3）；2孟慶久，鐵素體含量超標(biāo)的加氫反應(yīng)器的檢驗(yàn)評(píng)估和應(yīng)用J，石油化工設(shè)備技術(shù),2002.23（3）；3DELONGWT,FerriteinAusteniticStainlessSteelWeldMetalC/HW.DOC.11-C-481-76.USA：s.n.,1976;4STALMASEKE,MeasurementofFerriteContentinAusteniticStainlessSteelWeldGivingInternationallyReproducibleResultsJ.WeldingResearchCouncilBulletin,1986（318）:23-98;AWSA4.2M/A4.2-1997,Stand