TP347不锈钢高压厚壁管焊后稳定化热处理失效研究

摘要

TP347（中国牌号06Cr18Ni11Nb），是在304不锈钢中添加Nb元素以增加其抗晶间腐蚀能力和耐高温性能，是奥氏体型不锈耐酸钢，广泛应用于航空、石油化工、食品、造纸等工业。目前国内外对奥氏体不锈钢材料焊后是否要进行稳定化热处理还存在争议。某石化厂200万吨/年渣油加氢装置TP347管道焊缝在稳定化热处理之后出现裂纹，严重影响了整个系统的安全性。本文通过实验研究、有限元分析的方法，对比故障件焊接接头和正常件焊接接头得到管道出现再热裂纹的原因，并提出相应的改进措施。
　　本文介绍了奥氏体不锈钢的发展现状，并对奥氏体不锈钢稳定化热处理的研究进行了综述。通过TP347不锈钢厚壁管道在相同焊接工艺下的焊接实验得到焊接接头，对900℃/3h稳定化热处理前后的焊接接头做了一系列基本性能检验和微观试验，如：化学成分分析、弯曲试验、晶间腐蚀试验、焊接接头电镜试验。结果显示，900℃/3h的稳定化热处理并不会使厚壁管道产生再热裂纹，但是会使焊缝中的微缺陷扩展，发展为再热裂纹。
　　同时，利用ANSYS对奥氏体不锈钢厚壁管进行了焊接模拟，并简单的介绍了APDL编制管道环焊缝的热分析程序与等效应力分析程序的建模过程。在结构、边界条件简化的基础上，获得了管道焊接时的温度场和等效应力场，并对得到的结果进行了分析。分析结果显示，在管道上的温度场是沿轴向关于环焊缝对称的，管道在环焊缝熔合线附近焊接残余应力较高。
　　对故障件的焊接接头品做了一系列基本的理化试验和微观分析，如化学成分、机械性能、冲击试验、电镜试验和能谱分析等。结果表明，故障试件的焊接接头有严重的脆性倾向，焊接接头中有低熔点金属化合物和金属氧化物夹杂。这些都是造成厚壁管道稳定化热处理失效的原因。
　　本文研究表明，稳定化热处理会使高压厚壁管道中的焊接缺陷扩展为微裂纹，建议取消稳定化热处理。

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