TP347不鏽鋼焊接後需要穩定化處理嗎?

在石化廠中,TP347主要應用在加氫裝置中的換熱器反應系統中的高溫、高壓、臨氫管道上,為了避免TP347不鏽鋼的焊接接頭產生敏化,通產採取的措施是在焊接完成後進行穩定化處理。但很多石化廠在建設過程中,此種不鏽鋼經常出現熱處理後出現了裂紋等缺陷,對此本文也根據相關文獻和書籍,結合現場實際情況,作以分析。

一、TP347不鏽鋼簡述

TP347不鏽鋼相當於國內不鏽鋼牌號06Cr18Ni11Nb,從合金元素上可以看出,TP347是一種奧氏體不鏽鋼,是在304不鏽鋼的基礎上添加Nb元素形成的,因此TP347又稱為穩定化鋼。

TP347不鏽鋼標準規定的化學成分(%)

TP347不鏽鋼焊接後需要穩定化處理嗎?

二、晶間腐蝕產生機理

如下圖,富Cr的碳化物在晶界析出,進而敏化,使奧氏體不鏽鋼產生晶間腐蝕。

TP347不鏽鋼焊接後需要穩定化處理嗎?

對於TP347不鏽鋼,因為加入的Nb元素在高溫可以形成穩定的MC型碳化物,阻止Cr元素與碳結合形成M23C6型Cr的碳化物。使得富Cr碳化物的生成受到限制。從而降低了347鋼敏化的可能性。另焊縫中存在鐵素體,鐵素體中含 Cr 比奧氏體高,Cr 在鐵素體中的擴散速度比奧氏體中快得多,可以克服貧 Cr問題。

但TP347不鏽鋼焊接過程中,在熔合線附區,多次受熱循環,會使在高溫中形成的MC型碳化物固溶,如果焊接接頭的工作溫度恰巧也在敏化溫度(450~850℃),也C元素在晶界析出,而Nb元素未能及時擴散出來,則C 元素又會與晶界的 Cr 形成 Cr23C6,造成貧Cr,在管道介質有腐蝕性時,就可能發生晶間腐蝕。

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二、穩定化處理的目的

穩定化處理其主要目的就是要徹底消除晶間腐蝕傾向, 這是由於穩定化處理的溫度高於富Cr碳化物完全溶解溫度而低於碳化Nb完全溶解的溫度, 從而使 (Cr, Fe)23C6完全溶解而碳化鈦部分保留, 並隨著緩慢冷卻而使碳完全穩定於碳化鈦中,從而使 (Cr, Fe)23C6不會再析出, 進而將固溶體中的Cr 含量得到了提高 , 致使焊接接頭具有良好的耐蝕性能。

三、穩定化處理存在的問題

1、穩定化處理的溫度一般在900℃以上,熱處理溫度較高,同時TP347不鏽鋼在高溫、高壓、臨氫狀態下應用時,厚度一般較厚;因此,在現場實際情況下,進行局部熱處理的難度較大,很難保證焊縫內壁與外壁的熱處理溫度均勻,也必然會使焊縫在敏化區域停留,提高了產生不鏽鋼再熱裂紋的風險。

2、在進行高溫穩定化處理過程中,焊縫中的 δ 鐵素體會轉變成 σ相,從而降低焊縫的塑性,甚至產生裂紋。

3、對於TP347不鏽鋼的工藝評定驗證中,熱處理環境在室內,且熱處理條件較好。甚至穩定化熱處理是在爐內整體熱處理進行,而現場實際很難達到,某種意義上,此類評定的驗證對現場的指導意義有限。

TP347不鏽鋼焊接後需要穩定化處理嗎?

3、查閱相關文獻,發現很多化工廠建設期時,對於TP347焊後穩定化處理後,都產生了裂紋,對裂紋能譜分析,焊縫裂紋處的成分主要為氧化性雜物,如氧化硅、三氧化二鋁等。可以判斷產生主要原因為焊縫層間的打磨過程中遺留的氧化顆粒或是層間的焊條藥皮夾渣。這些氧化性雜物在熱處理的過程中,膨脹量與焊縫金屬偏差較大,當膨脹到一個臨界點後,便會產生微裂紋。而材料越厚,這種微裂紋就會越容易產生。

TP347不鏽鋼焊接後需要穩定化處理嗎?

TP347不鏽鋼焊接後需要穩定化處理嗎?

4、根據文獻《321,347 不鏽鋼焊接接頭的焊後熱處理》,很多工廠在TP347管道操作溫度350℃以上時,環境有PTA(連多酸應力腐蝕),沒有進行熱處理也沒有裂紋產生。

綜上,在現場作業條件下,對於TP347的穩定化熱處理弊大於利,如要進行穩定化處理,要綜合材料的使用介質環境、設計壓力及溫度情況,並及時與設計單位進行溝通;當確定不


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