TP347等稳定化不锈钢现场焊缝焊后稳定化处理的目的、存在的问题及现状

本网编辑 2022-04-14

由于TP347、TP321等稳定化不锈钢现场焊缝在稳定化处理后，常常出现表面裂纹，因此业内对此常常存在争议。本文对稳定化处理的目的、稳定化处理存在的问题及现状进行了分析。

稳定化处理的目的

奥氏体不锈钢的晶间腐蚀产生原因有一个著名的晶间贫铬理论。即如果不锈钢在450-850℃的温度范围内（俗称敏化温度区间）长时间停留，钢中的碳会向奥氏体晶界扩散，并在晶界处与铬化合析出碳化铬，于是碳化物两侧出现含铬低于11.4%、厚度约为数十至数百纳米的贫铬区。这种贫铬区使晶间不能抵抗某些介质的侵蚀。所以，这样的晶间对腐蚀介质就十分敏感。

为了减少晶间贫铬现场的产生，提高不锈钢的抗晶间腐蚀能力，一般有三个办法：第一，采用超低碳奥氏体不锈钢，降低不锈钢中的碳元素含量，避免大量碳化铬的形成。第二个办法，不锈钢冶炼过程中的固溶+速冷热处理，将其加热到1050～1150℃保温，然后水淬速冷。室温下快速得到单相奥氏体组织，避免在450-850℃敏化区形成大量的碳化铬。注意，这个是常规操作。第三个办法，采用稳定化不锈钢。在奥氏体不锈钢冶炼时加入数倍于含碳量的钛或铌元素(TP321或TP347)，可在形成碳化铬之前的875度以上温度时优先形成钛或铌的碳化物，这些碳化物几乎不固溶于奥氏体中。材料从高温冷却时，即使经过易析出Cr23C6的敏化温度区间(450～850℃)时也不会沿晶界大量析出碳化铬，从而大大提高了抗晶间腐蚀的能力。

为了使钢达到最大的稳定度，还应作稳定化处理，即将构件加热至900℃使碳化铬充分溶解，而此时让钛和铌充分形成非常稳定的碳化钛和碳化铌。然后在空气中冷却，即使经过敏化温度时，也无碳化铬在晶界析出。经稳定化处理后的奥氏体不锈钢便大大降低了晶间腐蚀的可能性。

稳定化处理存在的问题

随着国内炼油石化行业的大发展和装置大型化，施工过程中TP347 、TP321材质管道焊缝经过稳定化热处理后，部分焊缝出现裂纹，随着壁厚的增加，裂纹程度越严重。经统计，随着壁厚的增加，特别是壁厚大于40mm时，裂纹出现的机率增加。裂纹多发生在直管与法兰对焊连接的部位以及直管与管件( 如弯头) 对焊连接的部位，而直管与直管对焊连接的部位出现的裂纹极少。裂纹多为沿焊缝方向的纵向裂纹，横向裂纹极少，裂纹出现的位置基本上多位于焊缝边缘靠近熔合线附近。

据推测，裂纹属于热处理过程中产生的再热裂纹，裂纹与壁厚和焊接接头拘束度密切相关，壁厚越大，焊接接头拘束度越大，越容易产生裂纹。裂纹出现的原因: 一方面现场的管道焊缝焊后热处理基本上采用局部加热，由于壁厚较厚，沿管道厚度方向存在较大的温度梯度，从而造成较大的温度应力，同时焊接过程中产生的焊接残余应力随壁厚和拘束度的增加而增大; 另一方面，钢管母材晶粒度对裂纹的产生也有较大的影响，母材的晶粒度越粗大，管道发生再热裂纹的概率越高。

现状

近二十来来，我们看到国内很多优秀的管道技术专家对此做了非常充分的调研和判断，形成了较多有意义的成果，并经过复杂工程的实践，结果可靠。比如由中国神华煤制油公司和中国特检院诸位专家起草的NB/T10068-2018《含稳定化元素不锈钢管道焊后热处理规范》，该规范的核心观点如下：

（1）425℃（450℃）＜操作温度＜500℃（此温度刚进入敏化温度区间），做稳定化处理焊接裂纹风险小（壁厚＜40mm）的管道尽量都做稳定化处理。

（2）500℃≤操作温度，已经处于敏化温度区间中段，任意壁厚都需要做稳定化处理。

（3）注意备注b，壁厚≥40mm的管道，操作温度低于500℃时，一般不进行稳定化处理，可按照附录A进行中和清洗、冲氮保护、干空气防止液态水生成等措施来弥补，并增加技术措施，如严格按规范控制焊接工艺，多层焊道焊接，控制层间温度降低焊接线能量，再如焊接工艺评定时增加晶间腐蚀评定（按GB4334-E法）；以及加强现场管理、严格无损检测等。

本文来源于综合公开信息。

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