Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體的成形與檢驗

羊衣木 賴 斌

（1.四川大學化工學院 2.四川科新機電股份有限公司)

Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體的成形與檢驗

羊衣木*1，2賴 斌2

（1.四川大學化工學院 2.四川科新機電股份有限公司)

對煤化工激冷罐錐體的成形加工工藝過程進行了詳細的闡述。激冷罐錐體材料采用Cr-M o鋼復(fù)合板。由于錐體壁較厚且工況苛刻，因此制造難度較大。該厚壁錐體的制造成功，為采用Cr-Mo鋼復(fù)合板厚板制造壓力容器和其他化工設(shè)備提供了可借鑒的經(jīng)驗。

厚壁錐體 Cr-Mo鋼復(fù)合板 成形 檢驗 激冷罐 壓力容器

0 引言

我公司承制的某煤化工有限公司年產(chǎn)40萬t醋酸及配套工程項目中的氣化關(guān)鍵設(shè)備激冷罐是國內(nèi)第一臺設(shè)計和制造完全國產(chǎn)化的氣化關(guān)鍵設(shè)備。該 設(shè) 備 錐 體 的 材 料 采 用 14Cr1MoR+ 022Cr17Ni12Mo2復(fù)合板，錐體的厚度為60+6 mm、95+6 mm。在錐體壓制成形的過程中，需要保證Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體基層的力學性能、基層與復(fù)層的結(jié)合狀態(tài)、022Cr17Ni12Mo2復(fù)層的耐蝕性能以及錐體的幾何尺寸等各項技術(shù)指標，制作難度較大。經(jīng)過反復(fù)試制，有效地解決了激冷罐Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體成形的技術(shù)難題，為今后Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁設(shè)備的制造提供了可借鑒的經(jīng)驗。

錐體在壓制成形的過程中，由于Cr-Mo鋼復(fù)合板材料的特殊性，錐體材料的力學性能、基層與復(fù)層的結(jié)合狀態(tài)、復(fù)層的耐蝕性能以及錐體的幾何尺寸偏差難以同時滿足標準和設(shè)計、工藝的要求。經(jīng)過反復(fù)試制后確定，激冷罐外殼結(jié)構(gòu)如圖1所示，設(shè)計參數(shù)及要求如表1所示。

1 錐體原材料性能要求

1.1 基層材料要求

復(fù)合鋼板基層材料為14Cr1MoR，鋼板的化學成分及在使用狀態(tài)下的力學性能除符合GB 713的要求外，還應(yīng)符合以下規(guī)定。

（1）冶煉方法

鋼板用鋼錠的冶煉方法：電爐+LF精煉+VD爐真空脫氣。

圖1 激冷罐結(jié)構(gòu)

表1 激冷罐的技術(shù)特性

（2）化學成分

鋼板的化學成分除應(yīng)符合GB 713的規(guī)定外，還對某些組分有所限制：P含量應(yīng)小于等于0.012%；S含量應(yīng)小于0.007%；Cu含量應(yīng)小于等于0.20%；Ni含量應(yīng)小于等于0.25%。

（3）驗收標準

所有鋼板均應(yīng)按JB/T 4730.3的要求進行100%超聲檢測，驗收標準按JB/T 4730.3第4.1.8條規(guī)定的I級要求。

（4）厚度方向拉伸試驗

按GB/T 5313的要求進行厚度方向 （Z向）拉伸試驗，其斷面收縮率須大于等于35%。

（5）高溫拉伸試驗

鋼板應(yīng)在425℃下按GB/T 4338《金屬材料 高溫拉伸試驗方法》的要求進行附加拉伸試驗，拉伸試驗的最小屈服強度值為202.5MPa。

（6）金屬夏比V型缺口沖擊試驗

基層材料的夏比V型缺口沖擊試驗按GB/T 229《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法》進行。試驗溫度為最低設(shè)計溫度 （最低環(huán)境溫度-10℃）。為了保證材料焊后性能滿足標準規(guī)范的要求，三個試樣平均值須≥54 J，單個試樣最小值須≥47 J。

（7）冷彎試驗

按GB/T 232《金屬材料 彎曲試驗方法》進行冷彎試驗。冷彎試驗的彎心直徑規(guī)定如下：鋼板厚度T為 25 mm≤T＜100 mm，彎心直徑d=2.0T mm，彎曲角度為180°。

（8）硬度要求

鋼板經(jīng)機加工、焊接和焊后消除應(yīng)力熱處理后，其硬度值不得超過248 HV10，鋼板交貨狀態(tài)的硬度值應(yīng)≤200 HV10。

（9）鋼板表面狀況

鋼板表面不允許存在劃痕、裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊和夾渣等對使用有害的缺陷，鋼板不得有分層現(xiàn)象。

1.2 復(fù)層材料

復(fù)層鋼板材料為022Cr17Ni12Mo2，鋼板的化學成分及在使用狀態(tài)下的力學性能除符合 GB 24511的要求外，還應(yīng)按GB/T 4334《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》方法E對復(fù)層材料 （2件/批）進行晶間腐蝕試驗 （試件的敏化溫度為675±10℃，保溫20 h），彎曲試驗后試樣表面不得有裂紋。

1.3 復(fù)合鋼板要求

復(fù)合板除滿足NB/T 47002.1的規(guī)定外，還應(yīng)滿足以下規(guī)定：

（1）復(fù)合鋼板應(yīng)逐張取樣做性能試驗；

（2）每張復(fù)合鋼板的結(jié)合狀態(tài)按JB/T 4730.3的規(guī)定進行超聲波檢查，達NB/T 47002.1 B1級合格；

（3）每張復(fù)合鋼板復(fù)合界面的結(jié)合剪切強度應(yīng)符合NB/T 47002.1第7.4.1條的規(guī)定 （即復(fù)合板復(fù)層與基層結(jié)合面的剪切強度應(yīng)≥210MPa）；

（4）復(fù)合鋼板應(yīng)按NB/T 47002.1第7.5節(jié)的規(guī)定進行彎曲試驗；

（5）復(fù)合鋼板的復(fù)層金屬應(yīng)與基層金屬結(jié)合牢固，其復(fù)合方法采用爆炸復(fù)合；

（6）復(fù)合鋼板應(yīng)在正火+回火狀態(tài)下交貨，并進行噴丸 （砂）處理，同時保證各項力學性能和復(fù)層的耐蝕性能；

（7）復(fù)合鋼板熱處理后，應(yīng)對基層和復(fù)層進行100%超聲波檢測，達JB/T 4730.3規(guī)定I級合格；對復(fù)層進行100%滲透檢測，達JB/T 4730.5規(guī)定I級合格；

（8）復(fù)合鋼板的復(fù)層厚度≥5.70 mm，且表面不得有結(jié)疤、裂紋、夾雜、折疊等缺陷；

（9）全部檢查合格的復(fù)合鋼板，其復(fù)層表面應(yīng)經(jīng)拋光或酸洗、鈍化處理。

2 錐體成形要求

2.1 錐體下料前的材料檢查

對錐體瓣片坯料進行定點硬度和厚度檢查，對檢測位置進行標記，以便成形后進行復(fù)檢。

硬度檢查位置 （定點不得處于瓣片兩側(cè)余量范圍內(nèi)，可參考圖2中的位置）每塊瓣片不少于12點：（1）至少選取兩條母線，每條母線不少于2點；（2）長邊不少于 3點；（3） 中間不少于 2點。厚度檢查位置：與硬度檢查位置同點。

2.2 錐體下料錐體下料應(yīng)按排版圖進行放樣、標記、下料。（1）按毛坯下料圖紙復(fù)檢各錐體瓣片或拼板尺寸合格；

（2）錐體瓣片的縱縫兩側(cè)及大小端預(yù)留加工余量；

圖2 鋼板硬度檢查位置

（3）瓣片尖銳過渡部位倒圓，R=10～20 mm，須用專用樣板逐段檢查合格。

2.2.1 錐體的參數(shù)

錐體規(guī)格尺寸、材質(zhì)和下料厚度如表2所示。

表2 錐體規(guī)格尺寸、材質(zhì)、下料厚度

2.2.2 錐體毛坯下料尺寸

錐體Ⅱ毛坯下料尺寸如圖3所示。

錐體Ⅲ-1毛坯下料尺寸如圖4所示。

錐體Ⅲ-2毛坯下料尺寸如圖5所示。

錐體Ⅳ毛坯下料尺寸如圖6所示。

圖3 錐體Ⅱ毛坯下料圖

圖4 錐體Ⅲ-1毛坯下料圖

圖5 錐體Ⅲ-2毛坯下料圖

圖6 錐體Ⅳ毛坯下料圖

2.3 成形要求

（1）壓制成形的錐體采用分瓣冷壓成形工藝。

（2）成形所用工裝、模具 （或壓模）的設(shè)計應(yīng)充分考慮對瓣片內(nèi)外表面質(zhì)量的影響；模具周邊應(yīng)有較大圓角。

（3）錐體成形所用的工具在壓制前，必須清洗去油除銹、去除污染物，在成形過程中，必須隨時對模具和工件進行清掃，避免復(fù)層表面污染和硬傷。

2.4 壓制和預(yù)彎成形過程要求

工件壓制時，應(yīng)嚴格控制每次的升壓壓力，宜采取多次升壓壓制，具體升壓要求按以下規(guī)定：

（1）在被成形件的工件上進行劃線標記，并等分大小端弧長 （每一處100 mm弧長），預(yù)彎頭的預(yù)壓寬度600 mm。

（2）壓制時須采用多次點壓成形，即采取同一壓力壓完整個瓣片，升壓后再壓制第二遍；升壓次數(shù)4～6次，單次下壓壓力噸位不得大于表3的參考值，直至達到曲率要求。

表3 瓣片成形每一處單次下壓壓力噸位 （參考值）

（3）以此類推，作下一處的成形操作。

（4）在壓制和校形過程中，嚴格控制壓緊力和變形量，并采取模具加墊等措施，避免模具邊緣對工件表面造成壓傷和硬傷，確保錐體外表面不存在深度超過1.5 mm的壓 （劃）痕；內(nèi)表面不存在深度超過0.5mm的壓 （劃）痕。

（5）在壓制和校形過程中，要隨時監(jiān)控和觀察工件的變形情況，一旦發(fā)現(xiàn)有表面裂紋、局部突變等情況，應(yīng)立即停止操作，經(jīng)分析論證、提出改進處理意見后，才能重新操作。

（6）在成形件上作出鋼板終軋方向的標記。

3 錐體成形后檢查

3.1 鋼板表面硬度和厚度檢查

（1）在鋼板表面進行定點硬度和厚度檢查，并出具書面記錄報告。

（2）硬度檢查位置 （定點不得處于瓣片兩側(cè)余量范圍內(nèi)）每塊瓣片不少于12點，并對硬度檢測位置進行標記：① 至少選取兩條母線，每條母線不少于2點；② 長邊不少于3點；③ 中間不少于2點。

（3）厚度檢查位置：與硬度檢查位置同點。

3.2 單片壓制成形后的檢查

3.2.1 尺寸檢查

尺寸檢查如表4所示。

表4 單片壓制成形后尺寸檢查 （單位：mm）

3.2.2 表面外觀質(zhì)量檢查

（1）錐體瓣片表面不得有分層；

（2）錐體瓣片表面不允許存在裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊和夾渣等對使用有害的缺陷；外表面不得存在深度超過1.5 mm的壓 （劃）痕；內(nèi)表面不允許存在深度超過0.5mm的壓 (劃)痕。

3.2.3 無損檢測

（1）按JB/T 4730.3標準要求對錐體瓣片進行100%超聲檢測，達NB/T 47002.1標準規(guī)定的B1級合格；

（2）按JB/T 4730.5標準要求對錐體內(nèi)表面進行100%滲透檢測，達Ⅰ級合格；

（3）按JB/T 4730.4標準要求對錐體外表面進行100%磁粉檢測，達Ⅰ級合格。

3.2.4 硬度檢查

按本文第3.1節(jié)中標記的硬度檢測點進行硬度復(fù)驗，并作好相應(yīng)的記錄。

4 錐體瓣片縱縫坡口加工與檢驗

4.1 縱縫坡口加工要求

（1）按毛坯下料圖對錐體瓣片各尺寸進行復(fù)驗；

（2）劃線要求：按實物大小制作內(nèi)外樣板，要求瓣片樣板理論弧長+4mm縱縫收縮余量 （即單邊2mm），并充分考慮縱縫坡口切割時產(chǎn)生的熱影響區(qū)；用樣板紙劃縱縫加工線，并按縱縫加工線劃加工控制線，單邊預(yù)留3mm以上的加工余量；

（3）復(fù)查各劃線尺寸合格。

4.1.1 氣割要求

氣割前必須對材料進行預(yù)熱，切割去除縱縫坡口加工控制線以外的余量，預(yù)熱應(yīng)滿足下述要求。

（1）預(yù)熱方法：采用天然氣或電加熱器加熱；

（2）預(yù)熱溫度要求：不低于150℃；

（3）預(yù)熱范圍：割縫兩側(cè)至少3倍板厚的距離，且不小于100mm；

（4）過程控制：要求預(yù)熱時從板面的一側(cè)進行，測溫器測量另一側(cè)金屬溫度達要求；

（5）切割過程要求保溫：溫度不低于150℃；

（6）切割完成后保溫緩冷，保溫范圍為割縫側(cè)至少3倍板厚的距離。

4.1.2 坡口加工要求

縱縫坡口的加工可采用機加工或機械切割+火焰切割的方法 （火焰切割應(yīng)滿足上述第4.1.1條中的預(yù)熱、保溫和緩冷要求）。若采用后者所述方法，應(yīng)先將所在部位的復(fù)層用機械加工的方法剝除 （寬度以不影響火焰切割為限），將熔渣清除并采用打磨的方法將火焰切割形成的硬化層除去 （至少3 mm），顯示出金屬光澤，然后按圖紙的形狀和尺寸要求加工坡口。

4.2 錐體瓣片尺寸檢查

（1）各瓣片長度方向弦長允差≤1mm；

（2）各瓣片寬度方向弦長允差≤1mm；

（3）各瓣片對角線弦長允差≤2mm；

（4）各瓣片兩直線對角線測量，兩直線的垂直距離偏差≤2mm；

（5）其他按第3.2.1條中的表4進行檢查。

4.3 錐體瓣片無損檢測

對錐體瓣片縱縫坡口表面按JB/T 4730.5標準進行100%滲透檢測，達I級合格。

5 錐體瓣片預(yù)組裝與檢驗

5.1 錐體瓣片預(yù)組裝要求

（1）在鋼平臺上劃出上下組裝基準圓，將基準圓按錐體分瓣數(shù)等分，并設(shè)置相應(yīng)的胎具和定位板；

（2）以定位板和組裝胎具為基準，組對瓣片，要求錯邊量≤1.5mm；

（3）錐體瓣片外表面可采用組對專用凹型鐵工裝，不允許在坡口處點焊，保證錐體瓣片組對的穩(wěn)固性；

（4）用弦長不小于1000mm的樣板，沿對接接頭每500mm測量一點，棱角度 （包括錯邊量）≤3mm；

（5）由錐體上端自由下垂鉛墜，檢查錐體上下端口的同心度，錐頂正指小端基準圓，偏差≤5 mm；

（6）錐體內(nèi)表面形狀公差：外凸不大于5mm，內(nèi)凹不大于3mm；

（7）組對點焊方法應(yīng)滿足第4.1.1條的要求。5.2 錐體瓣片預(yù)組裝檢驗要求

5.2.1 尺寸檢查

（1）錐體縱縫錯邊量≤1mm；

（2）錐體上下端口的同心度偏差≤1mm；

（3）其余尺寸要求如表5所示。

表5 尺寸檢查要求 （單位：mm）

5.2.2 表面外觀質(zhì)量檢查

（1）錐體表面不得有分層；

（2）錐體表面不允許存在裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊和夾渣等對使用有害的缺陷；外表面不得存在深度超過1.5mm的壓 （劃）痕；內(nèi)表面不允許存在深度超過0.5mm的壓 （劃）痕。

6 錐體瓣片壓制成形的其他要求

在錐體壓制或組對過程中，需點焊臨時支撐件（或工裝）時，應(yīng)點焊在基層材料上，復(fù)層不允許點焊，并滿足以下要求：

（1）焊前應(yīng)對點焊部位進行充分預(yù)熱，要求金屬溫度≥200℃；

（2）焊接應(yīng)采用與基體材料化學成分相匹配的低氫焊條；

（3）焊后立即進行后熱 （消氫）熱處理，溫度控制范圍300～400℃，保溫15min；

（4）臨時支撐件 （或工裝）應(yīng)采用切割或鋸的方法將其除去，并打磨至與母材平齊；

（5）對上述打磨區(qū)域應(yīng)按JB/T 4730.4標準進行100%磁粉檢測，達I級合格；

（6）錐體內(nèi)外表面應(yīng)進行清潔，確保去除污物、油跡、金屬屑和其它污染物。

7 結(jié)語

由于Cr-Mo鋼復(fù)合板在冷成形過程中極易產(chǎn)生裂紋和分層現(xiàn)象，嚴重影響Cr-Mo鋼復(fù)合板的力學性能和復(fù)層的耐腐蝕性能，危及設(shè)備安全，因此如何保證Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體成形工藝的可靠性，確保材料復(fù)層的耐蝕性，是錐體成形技術(shù)的關(guān)鍵。本文對Cr-Mo鋼復(fù)合板厚壁錐體的成形工藝和檢驗方法進行了詳細闡述，為今后類似于Cr-Mo鋼的復(fù)合板厚壁錐體的壓制成形，確保產(chǎn)品質(zhì)量、工期和成材率，具有重要的指導(dǎo)意義。

該設(shè)備經(jīng)熱處理后，再次對復(fù)層與基層的結(jié)合狀態(tài)進行了復(fù)查，錐體的所有內(nèi)表面均按 JB/T 4730.3標準要求進行100%超聲檢測，達到了NB/T 47002.1標準規(guī)定的B1級。此外，該設(shè)備水壓試驗也順利通過。

[1]TSG R0004—2009.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]GB 150.1～4—2011.壓力容器 [S].

[3]邢玉晶，王維中，付文俊，等.鉚工 [M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[4]GB/T 232—2010.金屬材料 彎曲試驗方法 [S].

[5]GB 713—2008.鍋爐和壓力容器用鋼板 [S].

[6]GB/T 4340.1—2009.金屬材料維氏硬度試驗 第 1部分：試驗方法 [S].

[7]GB/T 4338—2006.金屬材料 高溫拉伸試驗方法 [S].

[8]GB/T 5313—2010.厚度方向性能鋼板 [S].

[9]NB/T 47002.1—2009.壓力容器用爆炸不銹鋼復(fù)合板第1部分：不銹鋼-鋼復(fù)合板 [S].

[10]JB/T 4730.1～6—2005.承壓設(shè)備無損檢測 [S].

Form ing and Inspection of Cr-M o Steel Com posite Plate Cone w ith Thick-wall

Yang Yimu Lai Bin

Presents the forming process of chilling tank cone for coal chemical in detail.The cone adopts Cr-Mo steel composite plate,its thicker well and rigorous working condition cause high degree manufacture difficulty. The successmanufacture of the thick-wall cone provides valuable experience formanufacturing of pressure vessels and other chemical equipmentswith Cr-Mo steel composite plate.

Thick-wall cone;Cr-Mo steel clad plate;Forming;Inspection;Chilling tank;Pressure vessel

TQ 050.6

2012-12-11）

*羊衣木，男，1981年生，工程師。成都市，610041。