第1页共14页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共14页CF-62钢制压力容器中的裂纹分析与预防措施李平瑾李蓉蓉陈学东袁榕合肥通用机械研究所引言随着设备的高参数和大型化，希望开发出强度高、韧性好、加工成形和焊接性能优良的钢材。上世纪70年代日本等国家针对大型球罐研制出σs≥490MPa、σb≥610MPa的低碳微合金、低焊接裂纹敏感性的高强钢（简称CF-62钢）。上世纪70～80年代，我国高参数的大型球罐用高强钢全部依靠进口，例如1986年北京建造的4台5000m3和2台10000m3的天然气球罐就是引进日本的CF-62钢。上世纪80年代初期武汉钢铁公司组织有关单位开展σs≥490MPa的低焊接裂纹敏感性钢种的研制。上世纪80年代中期由合肥通用所组织有关单位进行国产CF钢的工程应用研究，为我国大型球罐国产化提供大量的有价值的数据。近十多年来，国产CF-62系列钢已较广泛地应用于50～2000m3的氧气、氮气、液化石油气、丙烯、乙烯等球罐。其总数超过100台，最低设计温度达-40℃，其中进行焊后整体热处理和不进行焊后整体热处理的大约各占一半。此外，该类钢还用于大型水电站的高压岔管和管道以及大型挖掘机等重型机械。随着工程上的扩大应用及经验的积累，人们对这类钢的认识在深化。设备安装、制造以及使用中的问题也在暴露，目前这类钢制设备的裂纹屡有发生。本文列举笔者所参与或了解的石油化工和燃气行业中的某些07MnCrMoVR和07MnNiCrMoVDR钢制球罐检验及失效分析的实例与同行商榷，以求钢材及制造工艺的完善化，最终达到设备能长周期安全运行的目的。1.CF-62钢制设备的应力腐蚀应力腐蚀是指金属材料在某些介质中，由于拉应力的作用造成的一种延迟破裂。其形成必须有一定的金属组织、应力和介质在特定条件下的联合作用。它可能发生在母材上，也可能发生在焊缝上，但因焊接接头粗晶粒的存在以及不可避免的残余应力影响，所以应力腐蚀开裂出现机率高的仍是焊接接头及邻近母材。调质型CF-62钢的金相组织主要是板条状的回火马氏体、回火索氏体和贝氏体。其所占的比例随板材厚度方向而异，钢板表面的回火马氏体和索氏体占2/3以上，因此，钢材（特别是表层）的强度和硬度较高。第2页共14页第1页共14页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共14页对低合金钢来说，湿H2S环境与含O2及CO2的液态氨环境会引起材料的应力腐蚀开裂。CF-62钢的强度、硬度较高，在含有腐蚀介质的环境中，容易形成应力腐蚀开裂。例一：天津石化公司石化二厂1000m3丙烯球罐的应力腐蚀开裂。该球罐于1995年由天津球罐联营工程公司设计、金州石化机械厂压片、鞍山压力容器厂现场组装，组装后未进行整体热处理。其设计压力2.16MPa、主体材质为07MnCrMoVR、规格φ12300×36mm。1996年1月投入使用，1998年5月该球罐因混装H2S严重超标的粗丙烯（H2S含量达上千ppm），在很短时间内上温带纵缝出现穿透性裂纹而泄漏，开罐检查发现球罐内壁有数百条典型的应力腐蚀裂纹。例二：宁夏化工厂甲醇水分离器的应力腐蚀开裂。甲醇水分离器是合成氨装置中的重要设备，其设计压力为8.4MPa、操作压力为7.8MPa，操作温度为50～-40℃。介质主要是H2、CO2、CO、CH3OH等。其结构为两段筒节和上、下封头组成，规格为φ1800×44×4300mm，材质为07MnNiCrMoVDR。设备于1994年设计，1995年制造，1996年初投用。1996年10月2日该设备在正常操作运行时发生突发性爆炸起火。兰石所对其进行了失效分析：虽然裂纹是在下筒节鼓肚区附近具有密集气孔的长度×深度为240×30mm的陈旧断口前沿15mm处启裂，并沿HAZ粗晶区扩展，最终甲醇水分离器因强度不足而撕裂、泄漏并引起化学爆炸。但是在设备鼓肚前钢材已存在严重的应力腐蚀损伤，检验表明：沿纵缝近缝区以鼓肚部位为中心的残片断面内表面存在长约1m、深3～6mm的晶间开裂。这是因介质中的H2S含量严重偏离设计要求（小于50ppm），有时达到1000ppm。例三：上海宝钢650m3无水液氨球罐的应力腐蚀裂纹。该球罐的设计压力：1.724Mpa，规格：φ10700×44mm，材质：07MnCrMoVR，工作介质为无水液氨。1998年4月投入运行。1999年3月开罐检验发现：内表面焊缝有3条...
