9Ni钢10000m3乙烯低温储罐焊接技术.doc

9Ni钢10000m3乙烯低温储罐焊接技术 梅 晔 （中化工程第六建设公司，湖北襄樊，441021 ） 为了适应乙烯原料供应日益市场化、国际化的趋势，锦丰乙烯有限公司在渤海之滨的锦州港内投资新建了一套乙烯仓储中转装置。其中，9Ni钢制作的1万m3双层夹套结构乙烯低温储罐是工程的核心和难点。1980年我国曾从法国引进7台同类材料的球罐，1995年首次建造同类型大型低温贮罐，锦丰储罐为目前国内的第三台（见表1）。针对9Ni钢焊缝易产生冷热裂纹、低温韧性下降和焊接电弧磁偏吹三大技术难题，在总结以往经验教训的基础上，我们逐渐摸索出了一套焊接施工方法，保证了工程焊接质量和进度，达到了满意的效果。 表1 国内现有三台低温贮罐概况 项 目 序 号 施工地点 建设单位 施工单位 储存介质 内罐材料 外罐材料 悬浮甲板材料 1 南京 扬子石化公司 中石化二公司 乙烯 Ni9钢 A283（其中一带壁板与底板为Ni9钢） 铝板 2 上海 金山石化公司 中石化二公司 液化气 Ni9钢 混凝土 Ni5 3 锦州 锦丰乙烯有限公司 中化六公司 乙烯 Ni9钢 国产16Mn钢 Ni9钢 1 工程概况及主要施工方法 锦丰1万m3乙烯低温储罐是德国乔特波气体工程公司（以下简称TGE）设计、监造，设计工作温度-106℃。罐体分内、外两层，外罐包括罐壁板、底板、球形拱顶结构及球壳板，均采用国产16Mn钢制造。内罐（包括壁板和底板）和悬浮甲板采用9Ni钢制作，内罐壁板共9带，其中壁厚8.5mm、7.5mm、6.5mm壁板各1带,壁厚6.4mm壁板6带,并有6道8.5mm9Ni钢,加强圈布置于罐内壁,见图1；内罐底板为5.0mm厚的9Ni钢,边缘板厚度8.5mm；悬浮盖板为5.0mm厚9Ni钢制成,并有三圈9Ni钢加温筋，厚度为20mm、10mm。 设计选用的9Ni钢为美国（ASTM）A353，供货为状态正火+正火+回火（以下简称NNT），第一次正火为900℃空冷，第二次正火为780℃空冷，回火温度580℃，回火后急冷，NNT处理后的金属组织为马氏体+贝氏体，因此具有较好的低温冲击韧性。 现场组对过程中，内、外罐底板均用散装拼焊法配合防变形措施，外罐壁板采用液压顶升倒装法，内罐壁板为正装法。在内罐9Ni钢焊接施工中，以强化材料管理为基础，采取严格的工序控制，针对影响9Ni钢焊接质量的诸因素，采取措施改善焊接条件，提高焊接质量。9Ni钢焊接工序控制流程见图3。 图3 9Ni钢焊接工序控制图 施工前准备工作 9Ni钢焊接质量影响因素的确定 9Ni钢在NNT供货状态下具有较好的低温性能，但在焊接冶 金反应和热循环的作用下，熔合线的成分及热影响区的组织均将发生变化，破坏了材料的原始热处理状态，使低温性能下降，脆性组织生成，呈现较大的冷裂倾向。 由于焊缝金属中奥氏体几乎占100%，无第二相存在，因此抗 热裂纹能力较差； 9Ni钢磁化倾向较大，电弧的磁偏吹将严重影响焊接质量，甚 至会影响焊接的正常进行。 因此，焊接金属和母材的冷热裂纹倾向，焊接冶金反应和热循环造成的低温韧性下降以及母材的磁化倾向诸因素，是影响9Ni钢焊接质量的主要原因，国内施工单位，缺乏使用经验，制约了9Ni钢的推广应用。 9Ni钢焊接缺陷的预防方案 冷热裂纹倾向的预防 专业理论认为，冷裂纹产生的原因是应力、淬硬组织和焊缝金属扩散氢含量；热裂纹的产生则与应力、杂质和化学成分有关。有关专家曾对不锈钢焊条，如TH17/15TTW与ENiCrMo-6镍合金焊条焊接9Ni钢后的裂纹倾向进行比较，发现ENiCrMo-6镍合金焊条具有如下特点： ENiCrMo-6焊条中的镍合金与9Ni钢在室温和高温下的线 胀系数基本相近，从而避免因不均匀的热胀冷缩造成的热应力； ENiCrMo-6镍合金焊条中含Ni量高达55%--66%，含碳 量与9Ni钢相同，均为低碳型，考虑母材对焊缝金属的稀释作用，仍有足够高的奥氏体组织避免熔合线出现硬脆马氏体带； ENiCrMo-6镍合金焊条具有低碳性（含碳量保持在0.05% 左右，在Fe-C状态图中处于很小的“脆性温度区间”）以及高纯度（含S≤0.03%,P≤0.02%）,低含氢量等特性。 由此可见，ENiCrMo-6镍合金焊条的使用可提供降低9Ni钢焊缝冷、热裂纹倾向的基本条件。同时说明，在严格控制扩散氢含量的条件下，选用ENiCrMo-6镍合金焊条可基本避免9Ni钢的焊接冷、热裂纹倾向。 接头部位低温韧性的保证 焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区，采用ENiCrMo-6镍合金焊条焊接9Ni钢时，每个区域的化学成分和金相组织各不相同。其中焊缝金属为奥氏体组织，具有良好的低温韧性；