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20MnMoNbIV抗HIC试验和焊接接头抗SSCC试验

发布时间:2022-06-06 访问量:134次 来源:隐石检测

一、前言


石油化工行业用来处理含有硫化氢介质的生产装置(如循环氢脱硫塔、高压分离器、分液罐等)一般采用碳钢材质如16Mn,Q345R(HIC)),其HIC抗氢致开裂和SSCC抗硫化物应力腐蚀开裂能力较好,但屈服强度、抗拉强度相对较低,不能满足设备大型化的发展需求。因此,需对强度级别更高的材料进行抗HIC、SSCC性能研究,为设备的轻量化寻求潜在的替代材料。研究表明,引起HIC的主要原因是材料内部缺陷,一般来说,钢材组织中非金属夹杂物、杂质越多,氢致开裂的可能性就越大,而SSCC与拉应力、残余应力有关,并随着材料强度、硬度的提高,SSCC的敏感性也提高。因此,国内外压力容器制造标准及工程技术条件对于湿H2S酸性环境下的容器用钢除要求限制焊缝区尤其是热影响区的硬度、对容器进行焊后热处理外,还要求限制钢中S、P含量和非金属夹杂物含量。

目前,20MnMoNb材料性能稳定,其S、P含量均能够控制到较低水平,A类、B类、C类、D类及DS类非金属夹杂物均能控制在0.5级,具备适用于湿H2S酸性环境的可能性,且强度级别较高,对其进行HIC、SSCC性能研究,具有重要的意义和实用价值。


二、试验材料


试验用20MnMoNbIV由中国一重生产,其化学成分如表1所示。试验试板2件:母材及焊接接头试板各1件,试板尺寸为:50mm x 200mm x 280mm。

焊接接头采用埋弧焊焊接,焊材由日本神户制钢所生产,焊材牌号为:US-62ON2(焊丝)、PF-200(焊剂)。焊前预热焊接位置及两侧各约100mm范围内150℃以上,焊接过程中控制层间温度<250℃,焊后立即消氢:300℃x Ih,经100%MT、UT、RT探伤合格后,模拟焊后热处理。

化学成分


为使焊接接头的抗SSCC试验条件苛刻,需获得强度高尤其硬度高的试样。因此,模拟焊后热处理的保温温度和保温时间均按照NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》中规定的最短保温时间执行。然后对焊接接头进行拉伸试验和硬度检测,结果如表2所示。

力学性能


三、抗HIC性能试验


20MnMONbIV 抗HIC性能试验按照GB/T8650-2015《管线钢和压力容器钢抗氢致开裂评定方法》进行。从母材试板厚度的T/2处取样,试样尺寸为20mm20mm x 100mm,每组3件。试验采用标准规定的A溶液,试验溶液温度为25℃土3℃,溶液初始PH值为270,试验终止时溶液PH值为3.75。试验后试样按照验收条件:CLR<5%、CTR<1.5%、CSR<0.5%对抗HIC性能试验进行验收均合格,表明其具有良好的抗HIC能力。



HIC试验


四、抗SSCC性能试验


焊接接头的抗SSCC性能试验按照GB/T4157-2017《金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验》进行。从焊接接头试板厚度的T/2处取样,试样的工作段长度为25.4mm,直径为6.35mm,横向取样,每组3件。试验采用标准规定的A溶液。考虑到铁素体钢在室温附近有最大的敏感性,本次试验将在室温进行,试验溶液温度为24℃+3℃。初始溶液PH值为270,试验终止时溶液PH值为3.59。

SSCC试验加载应力为400MPa(表2中焊接接头屈服强度值556MPa的0.72倍)。抗SSCC性能试验以试样断裂或通过720h为结束,试验后清洗试样工作段表面,检查开裂迹象。试样在试验前后如图2所示,表明20MnMONbIV焊接接头具有良好的抗SSCC能力。

SSCC试验


五、结论


性能试验表明该材料具有良好的抗HIC、SSCC能力。主要是由于:

①材料中S、P含量极低,A类、B类、C类、D类及DS类非金属夹杂物均控制在05级,晶粒度在6级以上,降低了对氢的吸收;

②焊接接头经无损检测合格,无气孔、未熔合等缺陷且焊后经过热处理,焊接残余应力峰值得到缓解,硬度得到降低,大大降低了应力腐蚀裂纹形成的风险。


相关标签: HIC试验 , SSC试验

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