15MnNbR球形储罐裂纹缺陷分析及检验要点

15MnNbR球形储罐裂纹缺陷分析及检验要点

翁东山

【摘 要】摘要：本文对15MnNbR球形储罐检验过程中常见的裂纹缺陷产生的原因进行了分析和探讨，并结合球形储罐安装和全面检验的实践经验提出应在检验工作中关注的几个要点。 【期刊名称】质量技术监督研究 【年(卷),期】2011(000)001 【总页数】4

【关键词】球形储罐；裂纹；焊接；检验

一、引言

目前福建在用的大部分球形储罐的材质是16MnR，大于36mm厚板16MnR的屈服强度保证值只有315MPa，用这种钢材制成的球形储罐所允许的临界裂纹尺寸较小，球形储罐的安全性也较小。随着球形储罐大型化的发展，在保证球形储罐强度的条件下也要求有较高的韧性，因此大厚度16MnR钢板难以适应新的发展需求。15MnNbR与其相比具有优良的综合性能，其强度和韧性优于16MnR，而焊接性能及抗硫化氢应力腐蚀性能与16MnR相近，在球形储罐同等设计条件下采用15MnNbR钢板比采用16MnR钢板的壁厚约减薄10%，在大型球形储罐制造中采用15MnNbR钢的工程造价要比采用16MnR钢低，而由于壁厚的减薄更易于施焊，所以15MnNbR钢已逐步取代16MnR钢成为大型球形储罐用钢。

二、球形储罐主体材料的化学成分和力学性能

在GB713-2008标准中16MnR属于Q345R，15MnNbR属于Q370R，两者

都是压力容器常用钢材。16MnR和15MnNbR的化学成分和力学性能对比分别见表1和表2。

大型球形储罐制造用的钢板厚度一般在36mm～60mm，从表1和表2的数据对比，15MnNbR钢板的抗拉强度和屈服强度均高于16MnR。但这两种材料都是裂纹敏感性材料，因此在检验中对裂纹缺陷应特别予以重视。

三、球形储罐裂纹缺陷产生的原因

球形储罐安装是现场组焊，由于球片较多，组装和焊接过程较为复杂，影响裂纹产生的条件也比较多，但裂纹产生的主要原因在于球形储罐焊接过程形成冷裂纹。焊接冷裂纹是在焊后较低的温度下形成的，焊接后经过一段时间才产生的裂纹称为延迟裂纹。延迟裂纹是冷裂纹的一种常见形式，它不在焊后立即产生，而在焊后延迟几小时、几天或更长时间才出现。具有延迟裂纹倾向的材料包括16MnR、15MnNbR、15MnVR、07MnCrMoVR和CF-62系列钢等。另外对15MnNbR球形储罐进行焊后整体热处理时如果热处理工艺制定不当，有可能产生再热裂纹。下面就15MnNbR球形储罐裂纹产生的原因进行简要的探讨。

（一）冷裂纹产生的必要条件

1、氢 氢主要来源于环境中的水汽、油污和焊材中的水分。在电弧的高温作用下，这些含水物质分解出氢原子一部分散到大气中，一部分进入到焊接熔池中形成扩散氢，这些扩散氢会向焊缝中的应力集中区域扩散，在达到一定浓度后促使焊缝破裂或缺陷扩展。

2、应力 球形储罐的组装要求是散装法，但在实际安装中一般还是先焊纵缝后焊环缝，在组装过程或多或少还带有强力组对。这种组装方式对纵缝的组装应

力不大，但造成了环焊缝的组装应力较大，同时也为应力腐蚀提供了一个条件。以开罐全面检验的经验来看也验证了这种情况，检验发现的裂纹基本位于最后组焊的环焊缝上。这种应力在整体热处理后也难以完全消除，因此仍有焊后残余应力的存在。

3、马氏体组织的含量 在热影响区板条状马氏体组织过多导致脆性较大也是产生冷裂纹的重要因素，特别是焊缝熔合线区域极易产生冷裂纹。 （二）再热裂纹

焊接完成后，焊接接头在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹为再热裂纹。在消除应力热处理过程中产生的再热裂纹又称消除应力处理裂纹，也叫SR裂纹。产生再热裂纹的原因有二：一是与钢中所含合金元素（Cr、Mo、V、B等）有关。如珠光体耐热钢中的V元素，会使SR裂纹敏感性显著增加；二是与加热速度和加热时间有关，不同的钢种存在不同的易产生再热裂纹的敏感温度范围。因此，在制定焊后热处理工艺时，应尽量减少焊件在敏感温度范围内的停留时间。 （三）裂纹的特征和分布特点

冷裂纹多数产生在熔合线母材金属侧，大多数为纵向，少数为横向。冷裂纹一般无分叉或分叉较少，断口发亮，为脆性断口，无氧化色彩。图1、图2、图3为笔者今年8月在福建某钢厂650m3氧气球罐全面检验时发现的裂纹。 热裂纹多数产生在焊缝金属中，少数延伸到母材金属中去，有纵向也有横向。热裂纹分叉较多，呈放射状，在弧坑处的热裂纹往往呈星状，断面有明显的氧化色彩（发蓝黑），如图4所示。

四、安装监检的检验要点