隨著設(shè)備的高參數(shù)和大型化，希望開(kāi)發(fā)出強(qiáng)度高、韌性好、加工成形和焊接性能優(yōu)良的鋼材。上世紀(jì)70年代日本等國(guó)家針對(duì)大型球罐研制出σs≥490MPa、σb≥610MPa的低碳微合金、低焊接裂紋敏感性的高強(qiáng)鋼（簡(jiǎn)稱CF-62鋼）。 上世紀(jì)70～80年代，我國(guó)高參數(shù)的大型球罐用高強(qiáng)鋼全部依靠進(jìn)口，例如1986年北京建造的4臺(tái)5000m3和2臺(tái)10000m3的天然氣球罐就是引進(jìn)日本的CF-62鋼。 上世紀(jì)80年代初期武漢鋼鐵公司組織有關(guān)單位開(kāi)展σs≥490MPa的低焊接裂紋敏感性鋼種的研制。上世紀(jì)80年代中期由合肥通用所組織有關(guān)單位進(jìn)行國(guó)產(chǎn)CF鋼的工程應(yīng)用研究，為我國(guó)大型球罐國(guó)產(chǎn)化提供大量的有價(jià)值的數(shù)據(jù)。 近十多年來(lái)，國(guó)產(chǎn)CF-62系列鋼已較廣泛地應(yīng)用于50～2000m3的氧氣、氮?dú)狻⒁夯蜌狻⒈⒁蚁┑惹蚬蕖Ｆ淇倲?shù)超過(guò)100臺(tái)，最低設(shè)計(jì)溫度達(dá)-40℃，其中進(jìn)行焊后整體熱處理和不進(jìn)行焊后整體熱處理的大約各占一半。此外，該類鋼還用于大型水電站的高壓岔管和管道以及大型挖掘機(jī)等重型機(jī)械。 隨著工程上的擴(kuò)大應(yīng)用及經(jīng)驗(yàn)的積累，人們對(duì)這類鋼的認(rèn)識(shí)在深化。設(shè)備安裝、制造以及使用中的問(wèn)題也在暴露，目前這類鋼制設(shè)備的裂紋屢有發(fā)生。本文列舉筆者所參與或了解的石油化工和燃?xì)庑袠I(yè)中的某些07MnCrMoVR和07MnNiCrMoVDR鋼制球罐檢驗(yàn)及失效分析的實(shí)例與同行商榷，以求鋼材及制造工藝的完善化，最終達(dá)到設(shè)備能長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的目的。
1. CF-62鋼制設(shè)備的應(yīng)力腐蝕
應(yīng)力腐蝕是指金屬材料在某些介質(zhì)中，由于拉應(yīng)力的作用造成的一種延遲破裂。其形成必須有一定的金屬組織、應(yīng)力和介質(zhì)在特定條件下的聯(lián)合作用。它可能發(fā)生在母材上，也可能發(fā)生在焊縫上，但因焊接接頭粗晶粒的存在以及不可避免的殘余應(yīng)力影響，所以應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂出現(xiàn)機(jī)率高的仍是焊接接頭及鄰近母材。
調(diào)質(zhì)型CF-62鋼的金相組織主要是板條狀的回火馬氏體、回火索氏體和貝氏體。其所占的比例隨板材厚度方向而異，鋼板表面的回火馬氏體和索氏體占2/3以上，因此，鋼材（特別是表層）的強(qiáng)度和硬度較高。
對(duì)低合金鋼來(lái)說(shuō)，濕H2S環(huán)境與含O2及CO2的液態(tài)氨環(huán)境會(huì)引起材料的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。CF-62鋼的強(qiáng)度、硬度較高，在含有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中，容易形成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。
例一：天津石化公司石化二廠1000m3丙烯球罐的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。
該球罐于1995年由天津球罐聯(lián)營(yíng)工程公司設(shè)計(jì)、金州石化機(jī)械廠壓片、鞍山壓力容器廠現(xiàn)場(chǎng)組裝，組裝后未進(jìn)行整體熱處理。其設(shè)計(jì)壓力2.16MPa、主體材質(zhì)為07MnCrMoVR、規(guī)格φ12300×36mm。1996年1月投入使用，1998年5月該球罐因混裝H2S嚴(yán)重超標(biāo)的粗丙烯（H2S含量達(dá)上千ppm），在很短時(shí)間內(nèi)上溫帶縱縫出現(xiàn)穿透性裂紋而泄漏，開(kāi)罐檢查發(fā)現(xiàn)球罐內(nèi)壁有數(shù)百條典型的應(yīng)力腐蝕裂紋。
例二：寧夏化工廠甲醇水分離器的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。
甲醇水分離器是合成氨裝置中的重要設(shè)備，其設(shè)計(jì)壓力為8.4MPa、操作壓力為7.8MPa，操作溫度為50～-40℃。介質(zhì)主要是H2、CO2、CO、CH3OH等。其結(jié)構(gòu)為兩段筒節(jié)和上、下封頭組成，規(guī)格為φ1800×44×4300mm，材質(zhì)為07MnNiCrMoVDR。設(shè)備于1994年設(shè)計(jì)，1995年制造，1996年初投用。
1996年10月2日該設(shè)備在正常操作運(yùn)行時(shí)發(fā)生突發(fā)性爆炸起火。蘭石所對(duì)其進(jìn)行了失效分析：雖然裂紋是在下筒節(jié)鼓肚區(qū)附近具有密集氣孔的長(zhǎng)度×深度為240×30mm的陳舊斷口前沿15mm處啟裂，并沿HAZ粗晶區(qū)擴(kuò)展，最終甲醇水分離器因強(qiáng)度不足而撕裂、泄漏并引起化學(xué)爆炸。但是在設(shè)備鼓肚前鋼材已存在嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕損傷，檢驗(yàn)表明：沿縱縫近縫區(qū)以鼓肚部位為中心的殘片斷面內(nèi)表面存在長(zhǎng)約1m、深3～6mm的晶間開(kāi)裂。這是因介質(zhì)中的H2S含量嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)要求（小于50ppm），有時(shí)達(dá)到1000ppm。
例三：上海寶鋼650m3無(wú)水液氨球罐的應(yīng)力腐蝕裂紋。
該球罐的設(shè)計(jì)壓力：1.724Mpa，規(guī)格：φ10700×44mm，材質(zhì)：07MnCrMoVR，工作介質(zhì)為無(wú)水液氨。1998年4月投入運(yùn)行。1999年3月開(kāi)罐檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：內(nèi)表面焊縫有3條裂紋，熱影響區(qū)有1條裂紋，母材有17處裂紋（分布于整個(gè)球皮）；外表面焊縫有1條裂紋，熱影響區(qū)有3條裂紋，母材有2處，裂紋主要分布在球罐上半部。經(jīng)金相和材料檢驗(yàn)，內(nèi)壁的裂紋具有明顯的應(yīng)力腐蝕裂紋特征。
例四：大慶石化公司1500m3丙烯球罐的裂紋
該球罐規(guī)格為φ14300×44mm，材質(zhì)：07MnCrMoVR，1999年4月投入使用。2001年11月進(jìn)行開(kāi)罐檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：下極板有三條長(zhǎng)30～40mm、深1mm的裂紋，取樣管角焊縫內(nèi)壁有一處75×4mm的表面裂紋（初步判斷為應(yīng)力腐蝕裂紋），打磨至4mm時(shí)消除。
總之07MnCrMoVR系列鋼由于強(qiáng)度、硬度和應(yīng)力水平比較高，對(duì)應(yīng)力腐蝕比較敏感。因此對(duì)可能發(fā)生濕硫化氫環(huán)境與含氧及二氧化碳的無(wú)水液態(tài)氨環(huán)境，應(yīng)避免采用07MnCrMoVR系列鋼。
對(duì)已投用的CF-62鋼制壓力容器，只要其使用環(huán)境是液化石油氣、無(wú)水液氨，在用檢驗(yàn)時(shí)，除采用正常的檢驗(yàn)方法外，內(nèi)壁應(yīng)采用濕熒光磁粉檢測(cè)，必要時(shí)采用適當(dāng)?shù)谋砻嫱繉拥膶?duì)內(nèi)壁進(jìn)行防護(hù)。對(duì)已開(kāi)裂的容器，一定要分析裂紋產(chǎn)生的機(jī)理，進(jìn)行安全與壽命評(píng)估后，再修復(fù)使用。
2. CF-62鋼的焊后熱處理及再熱裂紋
該類鋼的含碳量低（C≤0.09%），其高強(qiáng)度是通過(guò)鋼中加入Cr、Mo、V等碳化物形成元素的彌散強(qiáng)化以及添加B等淬透性強(qiáng)的元素來(lái)達(dá)到的。在滿足高強(qiáng)度的同時(shí)又涉及到兩個(gè)問(wèn)題：一是焊后整體熱處理；二是再熱裂紋。
2.1 焊后熱處理的最大厚度限制
按我國(guó)規(guī)范，對(duì)于σs≥490Mpa的鋼材，一般情況下焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理（SR處理）。而按日本JISB8243-1981《壓力容器的構(gòu)造》中規(guī)定：球殼壁厚在32mm以下的焊接接頭可不進(jìn)行SR處理。壁厚在32～38mm，若進(jìn)行95℃以上的預(yù)熱也可不作SR處理。日本高壓氣體安全協(xié)會(huì)1980年《高強(qiáng)度鋼使用規(guī)范》也有同樣的規(guī)定。自上世紀(jì)70年代我國(guó)引進(jìn)的數(shù)十臺(tái)CF-62鋼球罐（最大厚度達(dá)36～38mm）均未進(jìn)行焊后熱處理。
對(duì)國(guó)產(chǎn)這類鋼，尤其是厚度為44～46mm的乙烯、丙烯球罐等工程實(shí)施中，仍采取焊后熱處理。GB12337《鋼制球形儲(chǔ)罐》也規(guī)定：對(duì)厚度大于38mm的07MnCrMoVR系列鋼應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理（565±20℃），但這又涉及再熱裂紋的問(wèn)題。
2.2 再熱裂紋
CF-62鋼含Cr、Mo、V等元素，這些元素以合金碳化物的形式強(qiáng)化基體。但在焊接時(shí)，臨近熔合線的母材被加熱到1300℃左右，鋼中的合金碳化物被溶解，焊后來(lái)不及析出，而在隨后的SR處理過(guò)程中，這些合金碳化物在晶內(nèi)彌散析出，從而強(qiáng)化了晶內(nèi)，使應(yīng)力松弛時(shí)的蠕變變形集中于HAZ粗晶界。與此同時(shí)，片條狀的碳化物、硼和雜質(zhì)元素易偏析于晶界，在拘束力較大的場(chǎng)合下，加速鋼材沿晶界開(kāi)裂，這就是焊后整體熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的再熱裂紋。
上世紀(jì)80年代中期，CF鋼應(yīng)用研究課題協(xié)作組對(duì)鋼材再熱裂紋敏感性進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)。
北京鋼研總院采用IIW（國(guó)際焊接學(xué)會(huì)）推薦的高溫緩慢拉伸法在Gleeble—1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上，將試樣加熱到1300℃左右（模擬HAZ粗晶區(qū)），然后再經(jīng)SR處理（試驗(yàn)時(shí)采取580℃、600℃、620℃），同時(shí)緩慢加載拉伸至斷裂，最后測(cè)定斷面收縮率（Ψ），按A.G.Vinckier的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明：國(guó)產(chǎn)CF-62鋼的再熱裂紋敏感性介于“非常敏感”和“敏感”之間。
西安交大用插銷法進(jìn)行應(yīng)力松弛試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定HAZ粗晶區(qū)再熱裂紋敏感溫度以及實(shí)際SR溫度下的臨界應(yīng)力評(píng)定鋼材的再熱裂紋敏感性。經(jīng)測(cè)定國(guó)產(chǎn)CF-62鋼的敏感溫度為650℃（日本鋼材則為630℃），在敏感溫度下的臨界應(yīng)力僅為13.8kgf/mm2，結(jié)果表明：該類鋼屬于對(duì)再熱裂紋敏感的鋼種。
上述兩種試驗(yàn)均證實(shí)：該鋼對(duì)再熱裂紋敏感，若將SR處理溫度降低至580℃，則其面縮率和臨界斷裂應(yīng)力均大大提高，從而不會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋。一些工程建設(shè)就是按這種推薦方法實(shí)施SR處理的，但有的球罐按此推薦仍未能避免再熱裂紋，實(shí)例如下：
福建煉化公司G-2071、G-2073兩臺(tái)2000m3丙烯球罐[4]由合肥通用機(jī)械研究所1999年2月設(shè)計(jì)，武鋼提供板材，廣重壓力容器公司壓片，中石化第十建設(shè)公司現(xiàn)場(chǎng)安裝，合肥通力工程建設(shè)監(jiān)理有限公司現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理。設(shè)計(jì)壓力：2.16MPa；設(shè)計(jì)溫度：－20～50℃；材質(zhì)：07MnCrMoVR；規(guī)格：ф15700×46mm；2000年1月投產(chǎn)運(yùn)行。
2001年2月開(kāi)罐檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在球罐內(nèi)、外壁分布200多條表面裂紋，以赤道帶環(huán)縫居多。大環(huán)縫缺陷返修后，對(duì)赤道帶環(huán)縫進(jìn)行整體熱處理。現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)多次焊接修復(fù)和幾次熱處理均不同程度發(fā)現(xiàn)了多條在HAZ粗晶區(qū)呈沿晶開(kāi)裂的裂紋（見(jiàn)照片1~2）。最大裂紋長(zhǎng)度達(dá)到2m，最大深度為20mm。
照片1為A處的沿下熔合線的裂紋全貌，照片1-1為該裂紋A-3處的局部放大。照片2為I處的裂紋全貌，照片2-1、2-2和2-3為該裂紋的放大。從局部放大的金相照片可看出：這些均屬典型的再熱裂紋。
照片1-1 A-3處缺陷右端（裂紋） 60×
照片2-1 I-1處微觀裂紋全貌 60×
照片2-2 I-1處裂紋局部放大 200×
照片2-3 I-3處裂紋局部放大 200×
出現(xiàn)如此嚴(yán)重的再熱裂紋還與標(biāo)準(zhǔn)的不完善有關(guān)聯(lián)。按照GB12337的規(guī)定，球罐在熱處理后和耐壓試驗(yàn)后可以不進(jìn)行表面磁粉檢測(cè)（包括全部或局部），因此造成對(duì)再熱裂紋檢驗(yàn)的失控，給長(zhǎng)周期安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。根據(jù)目前相當(dāng)多高強(qiáng)鋼球罐開(kāi)罐的實(shí)際情況來(lái)看，放松對(duì)σb≥540MPa材料制球罐熱處理和水壓試驗(yàn)后進(jìn)行磁粉檢測(cè)的要求，應(yīng)該說(shuō)是一種誤導(dǎo)。 現(xiàn)場(chǎng)的SR處理為消除殘余應(yīng)力，希望提高熱處理溫度。但CF-62鋼屬再熱裂紋敏感的鋼種，在成分和拘束狀態(tài)確定后，熱處理溫度不宜提高，這又導(dǎo)致殘余應(yīng)力水平較高的局面。
3.在制和在用球罐的殘余應(yīng)力水平
按07MnCrMoVR系列鋼的壁厚情況，目前球罐實(shí)際安裝時(shí)采用焊后熱處理和不熱處理兩種方式。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與失效分析的一些數(shù)據(jù)表明：無(wú)論是否熱處理，這類球罐的殘余應(yīng)力水平都比較高。 如北京燕山石化公司2000m3液化石油氣球罐，設(shè)計(jì)壓力：1.77MPa；材質(zhì)：07MnCrMoVR；規(guī)格：ф15700×38mm；焊后進(jìn)行整體熱處理。1998年投產(chǎn)運(yùn)行。 1999年開(kāi)罐檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)多處缺陷，對(duì)其進(jìn)行了返修和局部熱處理。與此同時(shí)進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試：下極板焊縫返修前最大殘余應(yīng)力達(dá)到0.90σS；返修后最大殘余應(yīng)力達(dá)到1.14σS；熱處理后最大殘余應(yīng)力達(dá)到0.90σS。上極板環(huán)焊縫返修前最大殘余應(yīng)力達(dá)到0.58σS；返修后最大殘余應(yīng)力達(dá)到0.88σS。 福建煉化公司2000m3的G2071、G-2073丙烯球罐，當(dāng)熱處理溫度為545℃左右時(shí)，北京工業(yè)大學(xué)對(duì)同一部位熱處理前后的殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表明：該熱處理溫度對(duì)殘余應(yīng)力分布狀況及數(shù)值基本無(wú)影響，仍保持較高的水平。熱處理后殘余應(yīng)力在0.89σS以內(nèi)，水壓試驗(yàn)后殘余應(yīng)力在0.83σS以內(nèi)。 天津石化公司石化二廠1000m3丙烯球罐組裝后未作整體熱處理。1998年開(kāi)罐檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)球罐內(nèi)壁有大量的的應(yīng)力腐蝕裂紋。我所在其缺陷尚未消除的情況下，對(duì)其進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試：上、下極板Y型接頭和T型接頭的最大殘余應(yīng)力達(dá)到0.87σS；上、下小環(huán)丁字型焊縫的最大殘余應(yīng)力達(dá)到0.70σS。 對(duì)于3000m3以上的這類鋼制天然氣球罐，組裝后一般不進(jìn)行整體熱處理，殘余應(yīng)力也基本保持在較高的水平。如上海天然氣儲(chǔ)配站3500m3天然氣球罐，壁厚38mm，經(jīng)測(cè)試上極板最大殘余應(yīng)力達(dá)到0.97σS，下極板最大殘余應(yīng)力達(dá)到0.88σS。北京10000m3天然氣球罐，壁厚34mm，1989年建成后進(jìn)行過(guò)殘余應(yīng)力測(cè)試，其最大殘余應(yīng)力的平均值達(dá)到0.77σS。北京四臺(tái)5000m3天然氣球罐，其最大殘余應(yīng)力達(dá)到0.69～0.83σS 目前球罐的制造安裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如GB12337、GB50094等對(duì)殘余應(yīng)力水平?jīng)]有相應(yīng)的數(shù)值要求。但中厚板殘余應(yīng)力水平較高的部位，在使用中產(chǎn)生表面裂紋的可能性很大。
4.高強(qiáng)鋼對(duì)射線檢測(cè)要求更高的靈敏度
射線照相靈敏度一般由三個(gè)因素所控制，即對(duì)比度、不清晰度和顆粒度。對(duì)比度描述的是細(xì)節(jié)影象與背景影象的黑度差，對(duì)缺陷而言則是缺陷影象與背景影象的黑度差，它直接決定缺陷影象的可識(shí)別度。不清晰度則描述影象邊界的擴(kuò)展程度，或者是模糊程度，影響缺陷影象的可識(shí)別度，尤其是對(duì)于細(xì)長(zhǎng)缺陷影響程度更大。顆粒度是影象黑度分布不均勻的視覺(jué)印象，由形成影象的銀團(tuán)隨機(jī)分布產(chǎn)生，它直接對(duì)應(yīng)于信噪比，顆粒度越細(xì)，檢測(cè)靈敏度愈高。 一般來(lái)說(shuō)，采用γ射線透照所獲得的固有不清晰度要比X射線大得多。不清晰度的數(shù)值大小通常表征射線透照檢測(cè)細(xì)長(zhǎng)缺陷的能力。不清晰度數(shù)值小，檢出細(xì)長(zhǎng)缺陷的能力強(qiáng)，反之則低。因此X射線透照檢測(cè)裂紋等細(xì)長(zhǎng)缺陷的能力要比γ射線高得多。此外，目前國(guó)際上用來(lái)控制射線檢測(cè)靈敏度的線型象質(zhì)計(jì)只對(duì)對(duì)比度變化敏感，而對(duì)不清晰度和透照焦距的變化不敏感。也就是說(shuō)現(xiàn)行象質(zhì)計(jì)不能有效地控制不清晰度的變化。因此當(dāng)采用γ射線源進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，宜采用高分辨率的膠片作為實(shí)際檢測(cè)靈敏度的一種彌補(bǔ)。尤其對(duì)σS≥490MPa的高強(qiáng)鋼焊縫，由于缺口敏感性相應(yīng)比較高，產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)型冷裂紋的趨勢(shì)比較明顯，往往容易造成漏檢。 如福建煉化公司的G-2071、G-2073球罐在建造時(shí)采用γ射線源進(jìn)行整體透照，底片選用粗粒度、低反差的國(guó)產(chǎn)天津Ⅲ型膠片，制造檢驗(yàn)全部合格。開(kāi)罐檢驗(yàn)后對(duì)球罐返修以外的其它部位焊縫采用γ射線源和Ⅴ型片進(jìn)行100%射線探傷。其中G-2071球罐共拍片1788張，有32張Ⅲ級(jí)以上片，其中裂紋1張、夾渣17張、氣孔14張。G-2073球罐共拍片1780張，有15張Ⅲ級(jí)以上片，其中裂紋2張、夾渣9張、氣孔4張。當(dāng)然，其它低合金鋼（包括16MnR）球罐檢驗(yàn)也有類似問(wèn)題，但因其裂紋敏感性較低，不如CF-62鋼那么明顯。 為保障07MnCrMoVR系列鋼制球罐的安全，當(dāng)選擇γ射線源時(shí)，必須采用高分辨率的細(xì)粒度膠片。
5. 制造這類鋼設(shè)備對(duì)質(zhì)量要求比較高
07MnCrMoVR鋼系借鑒日本同類鋼種，經(jīng)國(guó)內(nèi)多家單位合作研制成功且取得多次成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。但07MnCrMoVR鋼對(duì)成分控制、冶煉、軋制、冷熱加工及焊接等要求更嚴(yán)格，稍有不慎就會(huì)留下隱患。 根據(jù)07MnCrMoVR鋼的試驗(yàn)結(jié)果，要求預(yù)熱溫度不低于100℃，當(dāng)預(yù)熱溫度控制不嚴(yán)時(shí)，容易產(chǎn)生焊接裂紋。這在球罐建造的長(zhǎng)過(guò)程中，在諸多焊工同時(shí)施焊的情況下，對(duì)焊接工藝及規(guī)范往往難以認(rèn)真、嚴(yán)格地執(zhí)行，容易導(dǎo)致有害的缺陷。
如上海寶山鋼鐵公司650m3氧氣球罐，設(shè)計(jì)壓力：3.09MPa；設(shè)計(jì)溫度：-10℃～60℃；材質(zhì)：07MnCrMoVR；壁厚：44mm。制造過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在75張底片上有45條裂紋，主要分布在焊縫和熱影響區(qū)。經(jīng)兩次返修后檢測(cè)仍有53張不合格片（含大量裂紋），目前用戶已基本予以報(bào)廢。
此外如福建煉化公司2臺(tái)2000m3丙烯球罐、北京燕山石化公司2000m3液化石油氣球罐都存在這方面的問(wèn)題。 焊接07MnCrMoVR鋼時(shí)，其線能量對(duì)焊接接頭的質(zhì)量和性能影響很大。線能量過(guò)小，會(huì)引發(fā)熱影響區(qū)和焊縫金屬裂紋（見(jiàn)照片3~5）；預(yù)熱溫度過(guò)高或線能量過(guò)大，不僅焊縫與熱影響的顆粒粗大，而且會(huì)造成接頭脆化或軟化。此外，由于焊接熱作用，調(diào)質(zhì)鋼的熱影響區(qū)外側(cè)的母材，被加熱到回火溫度以上特別是AC1附近的區(qū)域，還會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度明顯下降的鐵素體帶和軟化帶，金相組織也會(huì)發(fā)生變化（見(jiàn)照片6和7）。
照片3~5為修復(fù)的2000m3丙烯球罐，經(jīng)使用一年后檢驗(yàn)出現(xiàn)的裂紋。照片3和4分別為缺陷1和3上的沿下熔合線的渣與裂紋共存狀態(tài)；照片5為焊縫上的裂紋。在熔合線附近HAZ的裂紋仍沿晶擴(kuò)展（見(jiàn)照片3-1、4-1）。照片6為近縫區(qū)母材硬度明顯下降的鐵素體帶的金相組織（鐵素體和極少量的珠光體），其實(shí)測(cè)硬度為150~154HB；照片7為母材的正常組織（回火馬氏體和回火貝氏體），其實(shí)測(cè)硬度為190~230HB。 裂紋
照片3 缺陷1全貌（位于下熔合線附近） ~6.5×
照片3-1 裂紋左端局部放大 200×
照片4-1 缺陷左端局部放大 200×
照片4-2 裂紋局部放大 180×
照片5-1 裂紋局部放大 160×
照片6 硬度明顯降低的近縫區(qū)的母材組織 200×
照片7 正常近縫區(qū)的母材組織 200×
6. 應(yīng)重視接管角焊縫的質(zhì)量控制
接管是壓力容器部件中最基本的結(jié)構(gòu)形式之一，其接管部位因結(jié)構(gòu)變化劇烈而形成高應(yīng)變區(qū)，并導(dǎo)致應(yīng)力集中。同時(shí)該部位易產(chǎn)生焊接缺陷，無(wú)損檢測(cè)又不易測(cè)出，因此接管角焊縫區(qū)是壓力容器制造中的薄弱環(huán)節(jié)。
對(duì)較大口徑的接管目前采用鍛焊結(jié)構(gòu)，使角焊縫變成對(duì)接焊縫，從而減緩了應(yīng)力集中，也提高了無(wú)損檢測(cè)的可靠性。但對(duì)較小口徑的接管仍以插入式為主的角焊縫連接，目前GB12337、GB50094等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)其僅采用磁粉等表面檢測(cè)，很難檢測(cè)出是否全焊透，對(duì)于07MnCrMoVR系列鋼制丙烯和乙烯球罐來(lái)說(shuō)，由于強(qiáng)度高、拘束度大、再熱裂紋敏感性高，更容易形成接管區(qū)的危險(xiǎn)源。
如大慶石化公司1500m3乙烯球罐是國(guó)內(nèi)首次采用國(guó)產(chǎn)07MnNiCrMoVDR制造的低溫球罐，屬“八五”國(guó)家重大技術(shù)裝備科技攻關(guān)項(xiàng)目。其主要技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)壓力：2.254MPa；設(shè)計(jì)溫度：－30～50℃；規(guī)格：Φ14400×44mm；該球罐于1995年投產(chǎn)。1996年、1998年、2001年10月別進(jìn)行了三次開(kāi)罐檢驗(yàn)。
2001年10月乙烯球罐開(kāi)車時(shí)，由于操作不當(dāng)，致使球罐局部在低溫（－70℃～－103℃）環(huán)境下停留達(dá)18個(gè)小時(shí)。后經(jīng)100%的內(nèi)壁熒光磁粉檢測(cè)和100%UT，發(fā)現(xiàn)48處表面裂紋，分布在DE環(huán)焊縫、E1-2拼縫、E2-3拼縫、CD環(huán)焊縫，經(jīng)打磨消除，深度＜1.0mm；取樣管角焊縫部位磁粉復(fù)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一圈斷續(xù)表面裂紋，經(jīng)打磨消除，最大深度為3mm。其中最深一處表面裂紋打磨消除后形成50×3mm的凹坑。取樣管角焊縫部位經(jīng)超聲復(fù)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)整圈斷續(xù)未焊透和夾渣，最大長(zhǎng)度為30mm，自身高度為8mm，主要分布在20～28mm的深度范圍內(nèi)。給乙烯球罐的安全運(yùn)行造成威脅。
在如上海金山石化公司1500m3的07MnNiCrMoVDR制乙烯球罐，其主要技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)壓力：2.16MPa；設(shè)計(jì)溫度：－35℃；規(guī)格：Φ14200×44mm；配套鍛件采用08MnNiCrMoVD，該球罐于2002年4月投產(chǎn)。2003年3月經(jīng)上海金山石化首次開(kāi)罐檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在球罐下極板進(jìn)料管焊縫及其附近的母材上16×8cm的區(qū)域有肉眼可見(jiàn)的龜裂，目前正在處理之中。 此外蘭州石化公司1500m3乙烯球罐，由蘭州石化公司設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、金重壓片、沈陽(yáng)球罐公司安裝。其主要技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)壓力：2.254MPa；設(shè)計(jì)溫度：－30～50℃；規(guī)格：Φ14400×44mm；材質(zhì)：07MnNiCrMoVDR；該球罐在做耐壓試驗(yàn)時(shí)，接管角焊縫部位泄漏，后經(jīng)徹底返修重焊才投運(yùn)。
因此，接管角焊縫部位的質(zhì)量保證也是關(guān)系到07MnCrMoVR球罐安全的不可忽視的環(huán)節(jié)。
7.幾點(diǎn)建議
合肥通用機(jī)械研究所近幾年在07MnCrMoVR和07MnNiCrMoVDR系列鋼制球罐開(kāi)裂的檢驗(yàn)和調(diào)研基礎(chǔ)上，分析了球罐開(kāi)裂的主要原因。為今后球罐的設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢驗(yàn)和使用中能更科學(xué)地使用國(guó)產(chǎn)CF-62鋼，保證設(shè)備和裝置安全長(zhǎng)周期運(yùn)行，特提出以下建議：
⑴ 建議有關(guān)機(jī)構(gòu)組織07MnCrMoVR系列鋼的研制和生產(chǎn)單位，結(jié)合工程出現(xiàn)的問(wèn)題以及新的工程建設(shè)項(xiàng)目開(kāi)展07MnCrMoVR鋼的深入研究。以往的攻關(guān)多圍繞如何保證焊接接頭的低溫沖擊性能，今后應(yīng)更深入的探討再熱裂紋的產(chǎn)生與防治及多次返修、熱處理對(duì)焊接接頭使用性能的影響等，使之更加完善。 ⑵. 建議GB12337-98《鋼制球形儲(chǔ)罐》，對(duì)于σb≥540MPa且對(duì)再熱裂紋敏感的鋼種，在SR后應(yīng)進(jìn)行一定數(shù)量的射線或超聲復(fù)驗(yàn)。同時(shí)增加熱處理和水壓試驗(yàn)后進(jìn)行比例不少于20%的磁粉檢測(cè)的規(guī)定。
⑶. 建議JB4730《壓力容器無(wú)損檢測(cè)》提高對(duì)高強(qiáng)鋼球罐焊接接頭射線檢測(cè)靈敏度的要求。目前該標(biāo)準(zhǔn)的修訂稿JB4730《鍋爐、壓力容器及壓力管道無(wú)損檢測(cè)》已采納此建議，明確規(guī)定：“對(duì)于鍋爐、壓力容器及壓力管道焊縫應(yīng)盡量采用X射線進(jìn)行透照檢測(cè)，確因厚度、幾何尺寸所限或工作場(chǎng)地所限無(wú)法采用X射線源時(shí)，也可采用γ源進(jìn)行射線透照。此時(shí)應(yīng)盡可能采用高分辨率的膠片，但對(duì)于σb≥540MPa的高強(qiáng)鋼焊縫，則必須采用高分辨率的膠片。
⑷ 由于目前球罐的制造安裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如GB12337、GB50094等對(duì)殘余應(yīng)力水平?jīng)]有相應(yīng)的數(shù)值規(guī)定，國(guó)內(nèi)也沒(méi)有殘余應(yīng)力對(duì)球罐延遲開(kāi)裂和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂影響的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此應(yīng)引起相關(guān)部門的關(guān)注，組織開(kāi)展此項(xiàng)專題研究。
⑸ 微量Ni、B等對(duì)07MnCrMoVR系列鋼的應(yīng)力腐蝕和再熱裂紋有明顯影響。如北京兩臺(tái)10000m3天然氣球罐，使用工況基本相同。1#天然氣球罐所用鋼板Ni含量為0.03%。焊條Ni含量為1.55%。開(kāi)罐檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有85處應(yīng)力腐蝕裂紋。2#天然氣球罐開(kāi)罐檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)裂紋，其所用鋼板和焊條不含Ni。因此作為一個(gè)成熟的鋼種，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)Ni、B等的數(shù)量和相應(yīng)的處理措施予以體現(xiàn)。隨意在供貨或冶煉中改變微量元素的組成和數(shù)量，對(duì)于這類鋼的推廣應(yīng)用和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)是不利的。
⑹ 在擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)07MnCrMoVR系列鋼板的生產(chǎn)能力（包括數(shù)量和板寬幅度大小）的同時(shí)、保證批量生產(chǎn)材料性能的穩(wěn)定性以及定點(diǎn)生產(chǎn)該系列鋼板的配套鍛件08MnNiCrMoVDR和焊材（新J607CF鋼焊條），對(duì)于保證這類鋼的規(guī)范化和安全使用也是至關(guān)重要的。
⑺ 由于目前國(guó)產(chǎn)07MnCrMoVR系列鋼板出現(xiàn)的問(wèn)題主要發(fā)生在40 mm以上的中厚板，在所有問(wèn)題沒(méi)有完全弄清楚以前，為了確保壓力容器的長(zhǎng)周期安全使用，有必要適當(dāng)限制鋼板的使用厚度范圍
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