乙烯裂解炉炉管的焊接指导.doc

上海格群信息科技有限公司乙烯裂解炉辐射段炉管的焊接前言中原石化总厂十万吨裂解炉辐射段炉管所用材料为（Cr35Ni45+微合金）辐射段出口材料为20Cr32NiNb。Cr35Ni45的合金系统较之以前的Cr25Ni35有了较大的发展增加了Cr、Ni元素含量相应提高了耐高温性能。炉管采用离心浇铸的方法生产其原始铸态表面为均匀分布有颗粒状凸起的“珍珠”表面这种表面不仅有利于热交换而且对抗氧化和抗燃气腐蚀有利。管子的内表面有很薄一层疏松组织炉管的基体组织相当致密主要由沿半径方向分布的柱状晶组成内部没有气孔、夹杂及缩孔等铸造缺陷。管件（包括180º弯头、90º吊耳弯头、Y型管等）为静态浇铸法生产合金成分不均匀存在较大成分偏析焊接时易产生裂纹。1焊接性分析1.1化学成分分析炉管材料Cr35Ni45的化学成分见表1。表1Cr35Ni45的化学成分化学成分(%)CSiMnPSCrNiMoWNbCuAl0.4~0.61.2~1.8≤1.5≤0.03≤0.0330~3740~47≤0.5≤0.300.5~1.5≤0.25≤0.05为了深刻认识炉管中主要元素及微量元素的作用查阅了一些文献并对其在耐热铸钢中的作用进行了分析。C：C与Cr、Mo、Ti、V、Nb等形成一次碳化物M7C3和NbC。在高温时效过程中基体中的过饱和固溶碳以细小弥散的M23C6析出提高了钢的强度。另外增加碳含量还能抑制б相析出。但碳含量过高二次碳化物大量析出会降低合金的韧性、恶化焊接性。因此Cr35Ni45合金含碳量不超过0.60%但Si是促进б相析出元素加入量过多使焊接性恶化、降低持久强度。裂解炉管硅含量一般控制在1.50%~2.00%。Mn:它能改善焊接性能但固熔强化促进б相析出加入量过多能降低合金的抗氧化性能。一般控制在1.5%以下。Cr：它是合金中主要的固溶强化元素和碳化物形成元素。它在材料表面形成致密的Cr2O3保护膜对合金的抗氧化、强度、抗渗碳性能起着决定性作用。但Cr含量过高会导致б相析出因而降低合金的强度和韧性。Ni：它是形成和稳定奥氏体提高抗渗碳、抗氧化、高温强度和韧性的主要元素。对于裂解炉来说其抗渗碳性能的优劣是十分重要的也是影响裂解炉寿命的主要因素。由于裂解炉在运行过程中管内壁会产生渗碳渗碳层的出现一方面在管内壁会产生附加应力另一方面渗碳也使炉管材料的组织和性能发生变化结果会使炉管局部开裂或腐蚀穿孔。W、Mo、Nb都是固溶强化元素能提高合金的高温强度抑制碳的扩散速度但是加入过量则会影响合金的抗氧化性能并促进б相析出降低合金的强度和韧性。Nb、Ti、V它们形成碳氮化物改变晶界碳化物形态细化M23C6使其均匀弥散分布延迟碳化物粗化过程从而提高合金的高温蠕变强度Al：它在奥氏体不锈钢中形成AlN促进长期蠕变时б相形成和粗化降低蠕变寿命。因此认为Al在奥氏体耐热钢铸管中是有害元素其含量应严格控制。1.2焊接性分析炉管材料为铁基高铬镍合金焊接性较差焊接工艺措施稍有不当便会出现问题表现如下：1.2.1由于合金元素含量较多导热性差焊缝与母材容易过热造成晶粒粗大使接头力学性能和耐蚀性能下降；1.2.2焊接时易出现热裂纹及再热裂纹；1.2.3对应变时效敏感。焊后如果残余应力较大在时效过程或工作温度高于时效温度时易产生“应变时效”裂纹；1.2.4对焊道熔池裂纹较敏感；1.2.5焊接熔池液态金属流动性差铁水发粘熔深小易出现焊口根部的熔合不良及促使凝固裂纹的产生。2焊接方法及焊接材料的选取焊接方法：主要考虑小的热输入及小的熔合比故采用手工钨极氩弧焊。焊接材料：因炉管用在高温条件下所以高温强度蠕变强度要求高因此炉管本体焊接材料选取与母材相匹配的高碳同质焊材：牌号XTM其公称成分为35Cr45Ni具体化学成分见表2。辐射段炉管出口材料为20Cr32NiNb与辐射段炉管Cr35Ni45相焊时焊接材料选择Inconel82该焊材为镍基焊材塑性较好其化学成分见表3。表2焊丝XTM的化学成分化学成分(%)CSiMnPSCrNiTiZrNb0.42~0.480.5~1.81.0~2.5≤0.015≤0.01534~3743~470.05~0.150.05~0.100.5~1.0表3焊丝Inconel82的化学成分化学成分(%)CSiMnPSCrNiTiNb+Ta≤0.10≤0.502.5~3.5≤0.03≤0.01518.0~22.0≥67≤0.752.0~3.03焊接在焊接工艺评定的基础上针对现场的实际情况