钒添加钢制作反应器的研究
发布时间：2017-05-03
2008年首次在主要由欧洲反应器制作厂家采用2Cr-1Mo-V钢制作的反应器中发现在筒身采用埋弧焊接的焊接部出现了再热裂纹，最终发现有超过30座的同类材料制作的反应器筒身出现了再热裂纹，筒身裂纹已成为一个大的问题。关于发生再热裂纹的焊接材料制造商，两家为欧洲焊接材料生产厂家，而使用日本生产的焊接材料制作反应器的厂家没有发生这个问题。针对这个问题，以欧洲材料制造厂家为主进行了原因调查和措施研究。根据被称作“Gleeble试验”的高温拉伸试验结果可知，发生问题时期以前使用的焊接材料在温度为620～650℃时的面缩率在20%以上，而发生问题时期使用的焊接材料的面缩率为10～15%，在焊接后的热处理温度范围内发生脆化的现象明显。作为其产生的原因，研究发现是铋、锑等杂质元素影响造成的，因此提出了用KFactor=Pb+bi+0.03Sb≤1.2ppm作为管理焊接材料洁净度的指标。
由于再热裂纹非常小，它是一种沿熔合线垂直生成的宽4mm×高4mm左右的纵裂纹，因此采用以往的超声波探伤试验难以检测出。在这种情况下，必须确立一种新的探伤法，于是提出了一种将“TOFD”的超声波探伤法与以往的高敏感超声波探伤法结合的检测方法。该检测方法从2010年2月开始正式被采用添加钒的2Cr-1Mo-V钢和3Cr-1Mo-V钢作为反应器用钢具有良好的特性，但对焊接材料、焊接施工提出了更严格的要求。从90年代后期开始，2Cr-1Mo-V钢被广泛用于制作反应器，但在反应器制作过程中发生了许多的问题。
2Cr-1Mo-V钢由于添加了钒，强度得到进一步的提高，因此焊接部的低温裂纹敏感性比没有添加钒的2Cr-1Mo钢高，在焊接施工时必须予以特别的考虑。焊接部在退火前是非常脆的，它是导致焊接缺陷的起因，容易发生低温裂纹。而且，根据反应器的这种特殊要求，对于高强度母材还要考虑运转开始后的修补焊接和退火处理的可能性，并要求要保证长时间退火条件下的强度。因此，必须将材料制造时的回火温度设定在低值，焊接后退火前的母材韧性一般也低。在这种情况下，焊接金属中发生的低温裂纹会扩展至韧性低的母材，有发生大贯通裂纹的危险性。对于2Cr-1Mo钢来说，采用低氢焊接材料和实施300℃以上的脱氢热处理可防止低温裂纹的发生，但对于2Cr-1Mo-V钢来说，必须进一步提高中间退火温度（在600℃以上）来改善韧性。如果没有充分认识这种材料的特性，没有实施严格的焊接施工管理，就有可能发生从200mm左右壁厚穿透的大裂纹的危险性。