CF—62钢丙烯球罐焊缝裂纹成因分析及处理
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【摘 要】 针对两台cf-62钢制球罐焊缝和热影响区表面磁粉检测项目中所发现的表面裂纹，产生的原因进行了分析和探讨。通过球罐历次检验报告对比、运行记录检查、腐蚀分析、缺陷部位的评定，表明开裂的原因为硫化氢应力腐蚀所引起。提出了球罐焊缝裂纹防治及处理的建议。
【关键词】 CF-62钢 检验 腐蚀分析 裂纹处理
The Cause Analysis and Disposal of the Weld-seams Crack of CF-62 Steel Propylene Spherical tanks
Peng Lixiong
（Hunan Institute of Special Equipment Inspection Detection， Yueyang Branch， 414000）
【Abstract】 According to the surface crack found through the test to the weld-seams of two CF-62 steel propylene spherical tanks and HAZ surface magnetic powder， this essay makes an analysis and discussion of the cause. Through comparing the previous propylene spherical tank test reports， checking the running record， analyzing the corrosion， evaluating of defective parts， it shows that the crack is caused by the hydrogen sulfide stress corrosion. It offers a proposal of preventive treatment and the disposal of the weld-seams crack of propylene spherical tanks.
【Keywords】 CF-62 steel inspection corrosion analysis crack disposal
1 前言
中石化巴陵公司共有6台1000m3丙烯球罐，在炼制高含硫原油以来，设备在定期检验过程中发现大量表面裂纹，特别是2006年2月在检验Q812丙烯球罐时，对罐体对接焊缝内表面进行磁粉探伤发现AB、BC、CD、DE四条环向焊缝两侧热影响区附近整圈裂纹（裂纹总长度约160米，深度2.0～3.0mm，极个别点最大深度3.5mm），同时在相邻纵缝热影响区附近也发现三处内表面裂纹；2010年5月在检验Q811丙烯球罐时，对罐体对接焊缝内表面进行磁粉探伤发现AB、BC、CD、DE四条环向焊缝两侧热影响区附近整圈裂纹（裂纹总长度约90米，深度2.0～2.5mm，极个别点最大深度3.0mm），下极板E1焊缝发现问1处150mm长裂纹。本文就球罐的检验及存在缺陷进行分析和讨论，为球罐的安全使用提出建议。
2 球罐的检验
2.1 Q811、Q812丙烯球罐的基本情况
Q811、Q812丙烯球罐分别是1993年8月、1994年1月投用，公称容积1000m3，规格（mm）为Φ12300×36，主体材质：CF-62，设计压力2.16Mpa，最高工作压力1.96Mpa，使用温度为常温，结构形式为五带桔瓣式结构，充装介质为丙烯，金州重型机械厂制造球皮，辽宁省工业安装工程公司球罐工程处现场安装。资料记载该球罐采用伞装法组装，全部手工焊接，预热温度为100～150℃，230℃X1.5h焊后消氢处理，未进行整体热处理。
2.2 球罐的检验
Q811、Q812球罐在制造安装时，安装公司对所有罐体母材进行了100%超声波探伤，对接焊缝100% X射线探伤，接管角焊缝100%磁粉探伤。使用前安全状况等级定为1级。投入运行一年后都进行了开罐检验、Q811还进行了两次定期检验，Q812一次定期检验，未发现超标缺陷，安全评定等级为2级。
2006年委托我院对Q812再次进行全面检验，考虑到公司炼制高含硫原油腐蚀性介质的影响，在检验中重点检查有无表面缺陷，特别是内表面裂纹。对内壁对接焊缝、角焊缝进行100%磁粉探伤。对接焊缝环缝100%、纵缝20%超声波探伤，加20%X射线探伤抽查，对原发现埋藏缺陷的部位进行重点复查。2010年以同样方案检验Q811罐。两次检验对磁粉探伤发现的内表面裂纹进行了打磨消除（最大深度为3.5mm），复探合格。
对Q812球罐对接焊缝内表面进行100%磁粉探伤时，发现AB、BC、CD、DE四条环缝两侧热影响区附近均是整圈裂纹，裂纹长度合计160米，深度2.0～3.0mm，极个别点最大深度达到了3.5mm，相邻纵缝熔合线附近也发现了3条裂纹，分别在赤道带2条（长度分别为200mm、10mm），在南温带1条长为8mm。X射线探伤325张，其中有4张Ⅲ级片，大多为条状夹渣，最长的15mm，此为安装过程中产生，使用过程中缺陷未见扩展，可不处理。
对Q811球罐对接焊缝内表面进行100%磁粉探伤时，发现AB、BC、CD、DE四条环缝两侧熔合线附近均是整圈裂纹，裂纹长度合计90米（裂纹形状见图1），下极板E1焊缝发现1处150mm长裂纹。裂纹平均深度为2.0mm，极个别点最大深度达到了3.0mm。X射线探伤307张，其中有5张Ⅳ级片，缺陷性质为条状夹渣、气孔，夹渣最大长度25mm，也为安装过程中产生，使用过程中缺陷没有扩展，可不处理。
从分布来说，Q812球罐纵缝只有三处，而其余的都在环缝上。见球罐排板图（图2）。
3 缺陷的处理
发现大量裂纹后，请合肥通用机械研究院专家到现场进行指导，审核球罐裂纹处理方案，缺陷处理完成后由合肥所对球罐进行了评定。
CF-62钢属于再热敏感性材料，再热裂纹临界温度580℃，而此次发现的丙烯球罐裂纹数量多，返修难度大，稍有疏忽容易造成球罐报废。因此焊缝裂纹只能采取砂轮机打磨消除。打磨方法：边打磨边荧光磁粉探伤，裂纹消除后对凹坑进行园滑过度打磨处理（图3）。处理后的凹坑超声波测厚确认修磨深度，多数未超过3.0mm，极个别点3.5mm.其凹坑深度超过了壁厚余量范围，按照《压力容器定期检验规则》第四十条的要求计算缺陷无量纲参数Go
裂纹确认消除后再对球罐内壁焊缝及热影响区进行喷砂除锈，将焊缝及热影响区的灰尘清理干净，刷环氧树脂防锈底漆二遍、中间漆一遍、清漆二遍。采用此方法将物料与焊缝及热影响区隔离，防止物料中所含湿H2S对焊缝区域产生应力腐蚀裂纹。
4 球罐焊缝裂纹产生的原因分析
CF-62为低碳微合金低焊接裂纹敏感性高强钢，其元素成份见表1。
国内球罐制作过程中多有焊接延迟裂纹的报道，其开裂主要因素之一为焊接过程中焊接材料中的水分子在电弧高温下分解出的氢，被液态焊缝金属吸收，在冷却过程中氢却来不及扩散逸出，在焊缝金属中富化，而母材中原始氢含量不高，因此焊缝金属与母材间存在浓度梯度，高浓度的氢有向低浓度处迁移的趋势，这个迁移过程，应力及组织会诱导，致使氢在局部应力集中或组织缺陷处富集，当氢富集到一定程度就会开裂。这种裂纹多在焊接完成后一段时间出现，具有延迟性。《压力容器定期检验规则》要求球罐在投用一年后应开罐检查，这一规定对发现并消除延迟裂纹隐患具有非常重要的作用。
审查Q811、Q812球罐制造资料及历次检验报告，环焊缝焊接过程返修部位较多，球皮拼接错边量较大，内表面均匀腐蚀等，但几次无损检测并未发现可记录的表面裂纹及焊缝内裂纹，尽管存在漏检可能，但这一状况说明发生氢致延迟裂纹的可能性不大。
同时调阅这个检验期运行记录发现，Q812球罐在2003年7月13日至7月16日，泵进H2S含量严重超标（1000～1100ppm）丙烯500多吨，储存时间半个月，后倒罐未清洗。Q811球罐在2009年7月同样泵进H2S含量高达800ppm的丙烯数百吨储存。
有关研究表明，CF-62调质钢金相组织主要为板条状回火马氏体、贝氏体和回火索氏体，钢板表面的硬度强度较高；而贝氏体及马氏体对H2S应力腐蚀是最为敏感的组织，该组织在湿H2S环境下随H2S浓度增加开裂的临界应力强度降低，随温度的升高，断裂时间延长；一般情况下此类高强钢或在焊补后出现马氏体组织的合金钢在湿H2S环境下就会出现开裂破坏，时间在一星期到三个月居多，少数长达几年，无超过十年破裂的事例[1]。
虽然两球罐H2S严重超标现象只是偶然发生，但一旦出现会造成溶液中H2S浓度增加，即使气相的浓度很快降低，而溶液中的H2S很难再回到气相中，同时介质很难避免水蒸气与少量H2S等杂质，另外球罐在水压试验时球壳的内表面也会吸附一定量的水分。这些都为产生湿硫化氢的腐蚀环境创造了一定的条件。虽然球罐大部分时间处在低H2S浓度（
5 安全性分析
丙烯物料中硫化氢含量过高，将会产生湿硫化氢应力腐蚀开裂，严重威胁到钢制球罐的安全运行。资料显示，此类球罐无论是否热处理，残余应力都比较高，耐硫化氢应力腐蚀能力差，现在国内CF-62钢制球罐绝大部分巳报废，已有数十起应力腐蚀开裂的报道。
6 结论与建议
Q811、Q812球罐内表面大量表面裂纹为湿硫化氢环境下的应力腐蚀开裂。考虑到两球罐在内表面产生了大量的裂纹缺陷，并根据裂纹形态、特征以及可能产生的主要因素，建议两球罐在每批次进料前对丙烯原料进行H2S含量分析，确保其含量不大于5ppm。发现介质H2S含量超标时要赶紧组织倒料，清理球罐。严禁超压运行，尽可能保持在较低压力下运行。
对于CF-62钢制球罐应按时进行检验，在检验中重点检测表面及返修部位，发现问题及时处理。缺陷采用打磨消除，禁止返修焊接。罐内焊缝及热影响区涂刷环氧树脂漆，将物料与焊缝隔离。
在新球罐的制造安装中，注意返修工艺及返修质量，加强组焊质量的管理工作。
参考文献
[1]刘巍.CF-62钢制球罐防范硫化氢应力腐蚀措施.压力容器.第17卷第4期.
[2]GB150-1998《钢制压力容器》.
[3]TSG 的7001-2004《压力容器定期检验规则》.