TP347厚壁不锈钢管道热处理及裂纹预防措施
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摘 要：加氢装置应用过程中，由于不锈钢钢管持续处于高温高压的环境当中，所以经常会出现热处理过程中表面裂纹延伸的情况。为了避免该问题，文章首先结合具体工况分析了不锈钢管道热处理中裂纹出现的背景，其次对裂纹情况与原因进行了解析，最后则对裂纹预防的措施进行了探讨，希望可以为提升不锈钢管道的安全性、稳定性创造条件。
关键词：厚壁不锈钢管道;热处理;裂纹预防
加氢装置的操作温度一般在400℃左右，在高温高压的环境当中，加氢反应器会处于氢气、硫化氢等气体的双重影响下，所以材料的选择至关重要。在材质的不锈钢选择时，TP347不锈钢添加适量的铌元素、钛元素，能够有效提升耐腐蚀性，可以减少出现晶格腐蚀的问题。这也是目前加氢装置的不锈钢管道处理中的常用模式，现结合实际案例分析如下。
1 工况概述
某企业渣油加氢装置使用过程中，选择高压管线的材料为ASMETP347，其规格为φ457×48，焊接方法为氩弧焊+手工电弧焊，焊材选择进口牌号347S96 TIG（ER347）和ULTRAMET 347（E347-16），坡口形式為VY型坡口。根据设计的基本要求进行焊接并对焊缝进行稳定化热处理。在实际的现场施工中，通过填充盖面的处理方法达到了焊接工艺技术标准要求，并在完成焊接后对管道焊缝两头进行了封堵，同时采用了相应的加热及保温处理措施，达到了热处理工艺技术的要求。但是热处理后焊缝依然出现了表面裂纹，结合本案例就不锈钢管道的裂纹情况分析如下。
2 不锈钢管道裂纹情况与原因分析
在进行案例分析时我们发现，裂纹出现的位置主要集中于融合线部分，其形式主要沿着融合线呈现一定的撕裂状态，在焊接处理后，热处理的部分没有出现明显的裂纹。在焊缝较为集中的部分，壁厚为35mm以上，使用进口焊条处理的部分没有出现裂纹，出现裂纹的部分均为国产焊条焊接的焊缝。结合裂纹的位置与产生壁厚特征不难发现，出现裂纹的主要原因是应力集中。在实际的使用过程中，奥氏体不锈钢的导热系数相对比较小，而其线性膨胀系数又比较大，在这样的对比之下，很容易在局部加热的过程中产生较大的拉应力。在管壁较厚的部分，这种应力会愈发的明显，所以在本次裂缝分析中可以看到壁厚超过35mm的部分是裂缝的重点出现区域。除此之外，熔合不好、表面粗糙等都是导致应力集中的重要原因。结合焊接后没有发生裂纹、热处理后出现裂纹这个关键环节可以分析出，热处理过程中的内外温差不均匀是直接导致裂纹出现的原因。在内外温差不均匀的情况下，材料线膨胀系数较大，应力集中表现的更加明显。在内外温差不均匀时，应力集中的倾向增加进而导致了裂纹的出现、衍生。
从原理上进行分析，硫在金属中含量较高会导致机械性能的下降，从而在很大程度上引发金属热裂倾向。在本项目中使用了奥氏体不锈钢，其具有凝固过程中柱状晶焊缝组织的特征，这有利于有害物质的偏析，从而进入到液态间层当中，从而造成焊缝凝固裂纹。其中国产焊条存在硫含量偏高的问题，所以这也是进口焊条没有引起裂纹而国产焊条引起裂纹的佐证。
3 裂纹预防措施
3.1 焊接工艺控制
焊接工艺的控制对于避免裂纹具有重要的作用。在焊接过程中，要选择多层、窄焊道的焊接工艺技术，尽可能降低摆动的幅度并实现快速冷却，一般可以通过选择直径合适的焊条来减少焊接应力，同时也可以借助于技术上的优化来确保焊工的技能得到充分的发挥，必要时可以通过表面打磨圆滑过渡的方式进行处理。
3.2 选择适当的热处理工艺
在TP347这种材料应用过程中，其虽然添加了铌元素与钛元素，但是依然具有不锈钢的基本特征，所以需要尽可能调整热处理的环境，稳定生产工艺。为了实现这个目标，一方面需要选择合适的加热手段，避免出现内外的温差差异过大而引起应力的集中;另外一方面则需要通过现场管线的优化，避免形状过于复杂，热量散失较多的情况。结合实际的测试结果来看，为了避免出现晶界的腐蚀，可以通过现场不锈钢热处理的预处理的方式来避免出现临氢环境，避免内部的晶间腐蚀从而有效的提升耐腐蚀性能，减少裂纹的出现概率。在设计过程中，为了防止后期出现不必要的风险与安全隐患，需要做好稳定化的热处理。
3.3 科学选择焊材
选择合适的焊材对于避免裂纹的衍生也具有积极的意义。在焊材选择上，尽管目前国内许多厂家提供的材料在化学成分上达到了技术标准，不过一些非必要的金属元素、非金属元素的含量却超标，这也会在某种程度上影响到焊接的效果。所以，选择合适的焊接材料进行焊接对于提升焊缝质量，保持焊接的效果十分关键。在焊接前尽可能进行焊材检测，符合要求后再使用。
4 总结
综上所述，金属的处理是一个复杂的过程，特别针对加氢装置当中不锈钢管道这样复杂工况的产品而言更是如此。为了提升裂纹的预防控制水平，就必须做好不锈钢、特殊材料的焊接处理工作，通过特殊的工艺处理、添加微量元素等方式来进行预防强化，从而在焊接、热处理的过程中取得良好的强化效果，这样才能够最终得到令人满意的产品。
参考文献：
[1]胡亚运. 含稳定化元素的不锈钢管道焊后热处理效果的评价与研究[D].北京：北京工业大学，2016.
[2]许贵芝.俄罗斯不锈钢管道焊接接头的局部热处理[J].焊管，2009，32（01）：61-64.
[3]董绍章.不锈钢管道焊缝的现场热处理[J].石油工程建设，1990（03）：30-32+5.
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