奥氏体不锈钢制压力容器制造质量控制

第二部分奥氏体不锈钢制压力容器制造质量控制奥氏体不锈钢制压力容器制造质量控制1概述本部分着重介绍奥氏体不锈钢制压力容器在制造过程中的质量控制的内容、方法与要求。奥氏体不锈钢不仅具有很强的化学稳定性，同时也有足够的强度和极好的塑性，良好的焊接性，在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能，在一定高温或低温下具有稳定的力学性能。由于奥氏体不锈钢具有上述优点，所以被广泛用于石油化工、医疗、食品、电力、交通、军工、原子能、航天等领域的设备中，其中以18-8型铬镍奥氏体不锈钢最有代表性，它广泛用于制造耐腐蚀压力容器、耐高温压力容器、耐低温压力容器。但奥氏体不锈钢也存在以下问题须引起关注：1）奥氏体不锈钢对溶液中含有氯离子(Cl-)的介质特别敏感，易发生应力腐蚀，严重时会引起材料穿孔性腐蚀；2）对某些还原性介质，如盐酸、稀硫酸等则是不耐腐蚀的；3）奥氏体不锈钢有晶间腐蚀倾向，当奥氏体不锈钢加热到400℃～850℃或自高温缓慢冷却(如焊接)时，碳会从过饱和奥氏体中以碳化铬（CrFe）23C6的形式沿晶界析出，使奥氏体晶界附近的含铬量降低，当不锈钢晶界含铬量低于12%时（贫铬），材料遇到腐蚀介质时电极电位迅速下降，在不锈钢晶界产生腐蚀——晶间腐蚀。在奥氏体型不锈钢中添加钛或铌时，能提高其抗晶间腐蚀能力；添加钼、铜、钛，则能提高其在还原酸(如稀硫酸)中的耐腐蚀性能，同时也提高其抗晶间腐蚀的能力。降低含碳量也可减少晶间腐蚀倾向。4）奥氏体不锈钢交货状态一般为固溶处理后酸洗，酸洗的目的是使钢材表面形成氧化膜、对钢材表面进行钝化处理，使钢材具有耐腐蚀性。但奥氏体不锈钢较软，表面极易在生产过程被划伤而使钝化膜遭到破坏。钝化膜遭到破坏后，在使用中可能出现以下问题：a)在低温介质中，会降低材料的韧性；b)在腐蚀介质中，降低耐腐蚀性；c)在高温介质中，在钝化膜遭到破坏处发生氧化。5）奥氏体不锈钢在剪切、焊接、卷圆、装配、运送过程中很容易受到铁离子和其他杂质的污染，奥氏体不锈钢被污染后在污染处形成原电池，造成腐蚀，从而会影响奥氏体不锈钢制压力容器的使用质量和安全。奥氏体不锈钢制压力容器日益向高参数(高温、高压、高容量)、低温深冷、高寿命和大型化的方向发展，服役条件愈来愈苛刻。产品质量优劣，直接影响产品的安全可靠使用，一第二部分奥氏体不锈钢制压力容器制造质量控制旦产品失效，轻者使生产不能正常运转，严重者会造成灾难性事故，后果不堪设想，所以对产品质量要求愈来愈高，其制造难度愈来愈大。为了保证奥氏体不锈钢（以下简称不锈钢）制压力容器使用中的安全可靠，《锅炉压力容器制造许可条件》和《固定式压力容器安全技术规程》等安全技术规范规定：不锈钢压力容器制造企业必须具备专用的制造场地和专用的加工设备、成形设备、切割设备、焊接设备和必要的工装，不得与碳钢混用。2相关安全技术规范的规定2.1国质检锅[2003]194号《锅炉压力容器制造许可条件》的有关规定第二十五条不锈钢或有色金属容器制造企业必须具备专用的制造场地和专用的加工设备、成形设备、切割设备、焊接设备和必要的工装，不得与碳钢混用。第五十七条（二）筒体钢板厚度大于25mm的奥氏体不锈钢制压力容器A类及B类焊接接头应进行100%射线或超声检测。注：本条做了适当的删减和编辑。2.2TSGR0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》的有关规定为了保证不锈钢制压力容器制造质量，确保使用中的安全可靠，TSGR0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》（以下简称《固定式容规》）提出了原则性的技术规定：2.2.1《固定式容规》2.8条的规定节选如下（本条做了适当的删减和编辑）：压力容器用复合钢板应当按照本规程引用标准的规定选用，并且符合以下要求：(1)不锈钢-钢复合板复合界面的结合剪切强度，不小于210MPa；(2)复合钢板基层材料的使用状态应当符合有关压力容器产品标准的规定；(3)碳素钢和低合金钢基层材料（包括钢板和钢锻件）按照基层材料标准的规定进行冲击试验，冲击功合格指标应当符合基层材料标准或者订货合同的规定。2.2.2《固定式容规》4.3.5条的规定节选如下（本条做了适当的删减）：（1）要求做耐腐蚀性能检验的压力容器或者受压元件，应当制作耐腐蚀性能试件，其试样的截取与试样的数量、型式、尺寸、加工和检验方法以及检验结果的评定，应当符合设计图样和相应试验标准的规定；（2）要求做晶间腐蚀敏感性检验的不锈钢制压力容器，其试件及试样应当符合GB/T21433《不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验》的规定，并且同时满足设计图样的规定。2.2.3《固定式容规》4.6.2条的规定节选如下（本条做了适当的删减）：奥氏体不锈钢制压力容器焊接后一般不要求做焊后热处理，如有特殊要求需要进行热处第二部分奥氏体不锈钢制压力容器制造质量控制理时，应当在设计图样上注明。2.2.4《固定式容规》4.9.3条的规定节选如下（本条做了适当的删减）：（1）不锈钢制压力容器及其受压元件的制造，应当有专用的制造车间或者专用的工装和场地，不得与黑色金属制品或者其他产品混杂制造。工作场所要保持清洁、干燥，严格控制灰尘；（2）加工成形设备和焊接设备，应当能满足不锈钢的需要，并且严格控制表面机械损伤和飞溅物；（3）有耐蚀、防腐蚀要求的压力容器或者受压元件，按照设计图样要求进行表面处理，例如对不锈钢表面进行酸洗、钝化处理。3质量控制依据3.1国质检锅[2003]194号锅炉压力容器制造条件许可3.2TSGR0004—2009固定式压力容器安全技术监察规程3.3GB150—1998钢制压力容器3.4GB/T1031—2009产品几何技术规范（GPS)表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值3.5GB/T4334.1—2000不锈钢10%草酸浸蚀试验方法3.6GB/T4334.2—2000不锈钢硫酸—硫酸铁腐蚀试验方法3.7GB/T4334.3—2000不锈钢65%硝酸腐蚀试验方法3.8GB/T4334.4—2000不锈钢硝酸—氢氟酸腐蚀试验方法3.9GB/T4334.5—2000不锈钢硫酸—硫酸铜腐蚀试验方法3.10GB/T4334.6—2000不锈钢5%硫酸腐蚀试验方法3.11GB/T21433—2008不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验3.12JB4708—2000钢制压力容器焊接工艺评定3.13JB/T4709—2000钢制压力容器焊接规程3.14JB/T4730—2005承压设备无损检测3.15JB/T4747—2002钢制压力容器用钢焊条订货技术条件3.16JB/T9197—1999不锈钢和耐热钢热处理3.17HG/T2806—1996奥氏体不锈钢压力容器制造管理细则3.18HG/T3172—2002尿素高压设备制造检验方法尿素级超低碳铬镍钼奥氏体不锈钢晶间腐蚀倾向试验的试样制取3.19HG/T3173—2002尿素高压设备制造检验方法尿素级超低碳铬镍钼奥氏体不锈钢晶间腐蚀倾向试验第二部分奥氏体不锈钢制压力容器制造质量控制3.20HG/T3174—2002尿素高压设备制造检验方法尿素级超低碳铬镍钼奥氏体不锈钢的选择性腐蚀检查和金相检查3.21国质检锅[2002]109号《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》4质量控制要求4.1材料4.1.1用于制造压力容器的不锈钢材料及焊材应符合相应的国家标准或行业标准的规定，并具有材料制造厂的质量证明书。采用境外材料时，应符合《固定式容规》2.9.3条的规定。4.1.2用于主要受压元件的材料，其复验要求应符合《固定式容规》2.11条的要求。4.1.3不锈钢材料和不锈钢复合钢板的使用范围应符合GB150标准的规定。4.1.4不含稳定化学元素且含碳量大于0.03%的奥氏体不锈钢需经焊接或400℃以上热加工时，不应使用于可能引起不锈钢晶间腐蚀的环境。4.1.5奥氏体不锈钢的使用温度高于525℃时，钢中含碳量应不小于0.04％。这是因为奥氏体钢在使用温度高于500℃～550℃时，若含碳量太低，强度及抗氧化性会显著下降。因此，一般规定超低碳（C≤0.03％）奥氏体不锈钢的使用范围，18-9型Cr-Ni奥氏体不锈钢制压力容器设计温度为400℃左右，18-12-2型Cr-Ni-Mo奥氏体不锈制压力容器设计温度为450℃左右，使用温度超过650℃时，国外对于304、316型材料一般要求用H级，即含碳量要稍高一些（C=0.04％～0.1％），主要也是考虑耐蚀，而且耐热及有热强性。4.1.6选择材料时应考虑应力腐蚀的影响。奥氏体不锈钢在氯离子、氯化物+蒸汽、湿硫化氢、碱液等介质中易产生应力腐蚀破裂，设计和制造时应控制结构的应力水平，或改用奥氏体-铁素体双相不锈钢以提高抗应力腐蚀能力。注：含钼奥氏体不锈钢在碱液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸铜的水溶液等易产生应力腐蚀破裂。4.1.7设计图样规定对原材料进行抗晶间腐蚀性能复验的，其复验用试样的形状、尺寸、加工和试验方法、合格指标，除设计图样另有规定外，应符合GB/T21433—2008《不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验》标准的规定；对制造尿素高压设备的超低碳奥氏体不锈钢材料的晶间腐蚀性能试验应按HG/T3172～HG/T3174标准的规定。注1：下述介质在足够浓度和一定温度下的溶液对不锈钢具有晶间腐蚀能力。因此需要进行晶间腐蚀倾向试验。a）无机酸：硝酸、硫酸、盐酸、磷酸、铬酸、亚硫酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、氢氰酸、氨基磺酸、次氯酸；b）有机酸：工业乙酸、乙酸酐、甲酸、草酸、乳酸、乙二酸、丙二酸、苯二酸、环烷酸、水杨酸、脂肪酸、苹果酸、柠檬酸、马来酸、马来酐、富马酸等；c）盐类：硝酸铵、硝酸钙、硝酸银、硫酸铜、硫酸铁、硫酸钠、硫酸铝、硫酸氢钠、硫酸亚铁、亚第二部分奥氏体不锈钢制压力容器制造质量控制硫酸铁、亚硫酸钙、氯化钠、氯化铁、氯化铬、次氯酸钠、氢氟酸纳等溶液；d）其他：氢氧化钠、硫化铁、硫化铝、硫化钠、湿二氧化硫、三氯化铁、尿素氨基甲酸铵溶液、亚硫酸纸浆、牛皮纸浆、亚硫酸蒸煮液、玉米淀粉浆（由盐酸或硫酸制）、甜菜汁、石油原油、油田污水、海水、轻水堆高温水、人体液、尿素反应介质等。注2：防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀的措施：焊后采取固溶热处理处理，降低钢中的含碳量，材料中添加稳定碳化物的元素（如钛、铌等）。4.1.8符合GB151—1999附录C的奥氏体不锈钢焊接钢管用作换热管时，其适用范围为：a）不得用于极度危害介质的工况；b）设计压力不大于6.4MPa；c）使用温度与相应钢号的无缝管相同。4.1.9制造不锈钢压力容器的材料不得有分层，表面不允许有裂纹、结疤等缺陷。用于制造有表面粗糙要求的设备的不锈钢板，需经80～100号砂头抛光后，再检查表面质量。经酸洗供应的材料表面不允许有氧化皮和过酸洗现象。4.1.10不锈钢原材料和不锈钢复合钢板应按牌号、规格和炉批号分类存放，并作明确标志。与碳钢等原材料有严格的隔离措施。4.1.11不锈钢材料上应有清晰的入库标记。该标记和4.1.10规定的标志应采用无氯、无硫记号笔书写，不能采用油漆等有污染的物料书写，不得在与工作介质接触的表面打钢印。4.1.12原材料的搁置要稳妥，堆放要整齐，要防止损伤（划痕、撞伤、压痕）和弯曲，散装的光亮板应立放在15°斜度的木架上。4.1.13焊接材料应按种类、牌号、批次、入库时间分类放置于干燥、通风良好的室内，焊接材料的保管应符合JB/T3223—1996《焊接材料质量管理规程》第7章的规定，一般应放在离地约200mm～300mm以上的架子上。室内应整洁，不允许放置有害气体和腐蚀性介质。并应建立严格的验收、保管、烘干、发放和回收制度。4.1.14不锈钢压力容器的铭牌座材料应选用不锈钢材料。4.1.15材料代用执行《固定式容规》2.13条的规定。4.2制造环境与工艺装备4.2.1不锈钢制压力容器及其受压元件的制造，应当有专用的制造车间或者专用的工装和场地，不得与黑色金属制品或者其他产品混杂制造。4.2.2为了防止铁离子和其他有害杂质的污染，不锈钢压力容器生产场地必须保持清洁、干燥，地面应铺设橡胶或木质垫板。零部件半成品、成品的堆放需配