压力容器焊接接头低温韧性的改善技术
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性水平降低；当熔渣碱度约为２．１，焊缝金属中ａｎ）
＝１．４２％一１．４８％，ｗ（Ｓｉ）＝０．３８％～０．４８％和ｗ（Ｍｎ）／ｗ（Ｓｉ）＞３．５ 时，焊缝金属可获得较高的、稳定的低温冲击韧性值。
华中科技大学和武汉钢铁（集团）公司通过焊丝 向焊缝中加入不同合金元素［２１，研究了这些合金元 素对低合金高强钢焊缝强度、冲击韧性尤其是低温 冲击韧性的影响。结果表明，尽管添加的合金元素不 同，焊缝金属冲击功与温度关系曲线均具有较高水 平，但焊缝金属低温冲击韧性受合金化程度的影响 较大；采用ｍ、Ｂ和Ｎｉ等元素多元合金化的焊缝—６０ ｃｃ 的夏比冲击功高于１２２ Ｊ。
０９ＭｎＮｉＤＲ如果用于煤制油１二程再吸收塔的主 要材料，则要求设计温度为一７０℃。例如，张家口市石 油机械厂曾为国内外石化公司制造３０余台０９№１ＮｉＤＲ 低温压力容器，生产中发现０９ＭｎＮｉＤＲ的焊条电弧 焊最初选用Ｗ７０７Ａ焊条，埋弧焊选用Ｈ１０Ｍｎ２焊丝 和ＹＤ５Ｃｒ７Ａ焊剂，ＹＤ５Ｃｒ７Ａ与国产焊丝Ｈ１０Ｍｎ２配合 使用，其焊接接头（焊缝和热影响区）的低温冲击功总 达不到标准要求（低温夏比冲击试验最低冲击吸收 功规定值Ａ ｋｖ≥１８ Ｊ），焊条电弧焊接头的低温冲击吸
Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｌ＇∞，ｅｓｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ
Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）
：Ｄｕｒｉｎｇ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃ，ｅｓｓ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ８，ｔｈｅ ｉｓｓｕｅ ｗｈｉｃｈ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ
收功也不稳定。河北建筑工程学院和天津大学材料学 院的试验表明，用含镍Ｗ７０７Ｎｉ焊条焊接０９ＭｎＮｉＤＲ 钢，其低温冲击性能优于Ｗ７０７Ａ焊条；埋弧焊时，选
用含锰量较高的焊丝删一１并配合使用ＳＪｌ０１焊剂，
可获得较高的低温韧性；若焊丝含锰量低于１．９％， 焊接接头的低温冲击吸收功就很难达标；提高焊接 接头的镍含量是改变低温材料焊缝低温韧性的有 效途径；采用低热输入（小于２５ ｋＪ／ｅｒａ）焊接，最大限 度地减小过热，尽量采用快速多道焊，适当增大坡 口角度，并严格控制层间温度，是提高低温材料焊 缝韧性的关键因素；焊后进行５６０℃—６００℃热处理， 以提高焊接接头的低温韧性。
含量增加有关；Ｗ６０７Ａ焊条焊接试板，多道多层焊缝 中再热焊缝金属所占比例增加，加大焊接线能量会 导致低温冲击韧性下降；产品焊接时，采用Ｗ７Ｃｒ７低 温钢焊条焊接０９ＭｎＮｉＤＲ钢，在一般工艺条件下接 头－７０℃的冲击值远大于２７Ｊ（实验在５０Ｊ以上）；采用 Ｗ６０７Ａ焊条虽能保证－７０℃以下冲击韧性值大于 ２７ Ｊ，但需要严格的工艺控制；较小的焊接线能量和 焊后正火处理，避免焊接摆动，控制单道焊缝厚度、 电弧高度以及焊缝清洁程度对提高接头的韧性有 较好的作用；将线能量控制在１４．４ ｋＪ／ｃｍ以下，获得 了Ａｈ（－７０℃）＝２８．８ Ｊ，Ａｈ（一６０。Ｃ）－＿４７ Ｊ的良好效果。 该储罐投料运行三年来工作正常。
为满足能源领域的需求，日本ⅡＥ公司１７１开发了 韧性、强度和焊接性能都比较优良的６１０ ＭＰａ级高 强度系列钢板低温霓’：罐用钢ＪＦＥ—ＨＩＴＥＮ６１０Ｕ２Ｌ，主 要用于－５０ ｏＣ低温大型球罐的建造。其特点是：低 Ｃ、低Ｐ册（焊接裂纹敏感性成分）和不加入Ｂ；采用微 合金化技术和超级在线快速冷却（Ｓｕｐｅｒ－ＯＬＡＣ）的直 接淬火一回火Ｔ艺，从而获得优良的母材和焊缝性能。 该钢于２００３年首次应用于扬子石化一巴斯夫有限 责任公司设计温度为－４８℃的２ ５００ ｉｎ３丙烯球罐１８１。
大庆石油化工机械厂、大庆石油化工工程检测 技术有限公司对１５ＭｎＮｉＤＲ低温钢采用埋弧焊方法 进行焊接Ｔ艺试验的结果表明，选用Ⅲ弘Ｈ０９ＭｎＮｉＤＲ 焊丝、ＨＷ—ＳＪ２０８ＤＲ焊剂所获得的焊接接头低温冲 击韧性能达到母材水平。
随着国内外乙烯装置乙烯球罐的储存温度不 断降低，体积不断增大，为满足设计温度－４０℃～ ５０℃大型低温乙烯球罐的制造需求，武汉钢铁（集 团）公司技术中心、合肥通用机械研究院研究了高 韧性－５０ ｏＣ低温压力容器用ＷＨＤ３（１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ） 钢的焊接性能，包括最高硬度、斜Ｙ型坡口焊接裂
常州能源设备总厂与澳大利亚ＣＥＭ国际有限公 司合资开发了液态Ｃ０２妒：罐和液态Ｃ０２汽车罐车， 其内容器设计温度为－４０℃，主体材料１６ＭｎＤＲ。该 产品的纵环焊缝采用双面埋弧自动焊，人孔、接管 与筒体、法兰的连接采用焊条电弧焊。埋弧焊原采 用ＨＩＯＭｎ２焊丝和ＹＤ５０７Ａ焊剂，焊缝金属的低温 冲击功难以达标，后改用含锰量较高的ＪＷ一１焊丝 和ＳＪｌ０２焊剂，通过采用新铣刀提高Ｖ型缺口冲击 试样的加工精度，严格控制焊接线能量和层间温度， 使低温冲击功达标。该产品出厂两年，产品性能稳定。
０前言
压力容器在低温条件下一个很重要的性能指 标就是高韧性。只有高的韧性，才能防止压力容器 在正常条件下受外力载荷而不产生脆性破坏。国内 外对低温容器的低温性能都特别重视。尤其是重大 工程要求焊接接头强韧匹配，并且随着低合金高强 钢的级别增大，对焊缝金属的综合性能，尤其是对 低温冲击韧性提出了越来越高的要求。焊接接头强 韧性由焊接材料（焊缝化学成分）和焊接热循环（工 艺参数）等因素决定。如果选择不合理的焊接材料或 焊接Ｔ艺参数，那么焊接接头（焊缝、热影响区）的低 温韧性就很难达到要求。
国内深冷分离、空分、液化气贮罐低温压力容器 常用的低温用钢有：１６ＭｎＤＲ（－４０℃）、镍钢（２．２５％，
收稿日期：２００９－－０９－－０４；修回日期：２００９—１２—２４ 作者简介：林茹（１９６９一）。女，河南河县人，副教授，硕土。主
要从事化学工程与装备的研究工作。
一６０℃；３．５％，－１００℃；９％，－２００ ｏＣ）、高锰奥氏体钢 （１５Ｍｎ２５Ａ１４）和铬镍奥氏体不锈钢（１８－８奥氏体不 锈钢）。国外低温设备用钢以高铬镍为主，其次用镍 钢、铜、铝。对于不同低温用钢的焊接接头，为保证其 低温韧性，焊接材料和焊接工艺的确定也各有特点。
中国石化集团第五建设公司曾建造的一台７３９６甜
液氨贮罐，设计温度枷℃，其主体材质为０９ＭｎＮｉＤＲ
钢【３】。ＧＢ３５３１－１９９６要求该钢材焊接接头（包括焊缝 与热影响区）的－７０ ｏＣ冲击功Ａｈ≥２７ Ｊ（三个试样平 均值，单个值大于等于１９ Ｊ）。焊接Ｔ艺评定试验表 明，选择专门设计的Ｗ７０７和Ｗ６０７Ａ两种焊条进行 焊条电弧焊，ＤＣＲＰ；Ｗ７０７焊条焊接试板，焊接线能 量对低温冲击韧性的影响并不明显，与焊缝中的Ｎｉ
万方数据
专矗讨论
林茹等：压力容器焊接接头低温韧性的改善技术
第２期
焊条的焊缝要高得多；提高Ｊ５０７Ｎｉ焊条韧性的主要 元素是Ｎｉ和稀土硅。该焊条具有优良的焊接工艺性、 极低的扩散氢含量、优异的低温缺口韧性以及优良 的抗冷裂性和抗脆断性能。
Ｅ５０１８（Ｊ５０６Ｆｅ）属铁粉低氢钾型，适用于碳钢和 低合金钢的焊接，其焊缝金属的抗拉强度大于等于 ４２０ ＭＰａ。但是国产Ｅ５０１８（相当于ＡＷＳＥ７０１８）焊条 在焊缝金属低温冲击韧性的稳定性方面，数据不太 集中，存在个别低值。广西机电职业技术学院和桂林 桂冠焊接材料有限责任公司对Ｅ５０１８焊条配方进行 了试验，结果表明【ｌ】：Ｅ５０１８焊条的熔渣碱度对焊缝 金属低温冲击韧性（－３０℃）的影响有一个最佳值；当 熔渣碱度大于或小于该值时，焊缝金属的低温冲击韧
ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｉｓ ｂｅｌｏｗ ｑｕａｌｉｔｙ ＷＳＳ ｏｆｔｅｎ ｆｏｕｎｄ．Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｆｏｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｓｔｒｉｃｔｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｏｗ－ａｈｏｙ ｓｔｅｅｌ。ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｈｒｏｍｅ—ｎｉｃｋｅｌ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｆｏｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍｅｄ ｕｐ．Ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ｔｅｍｐｏｍｔｕｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ；ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ；ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓ
１低合金低温用钢
近年来，随着钢铁生产技术的发展，低合金高 强钢强韧性不断提高。为确保钢结构的性能，焊缝采 用等强原则，焊缝韧性应该与基材基本相当。
改善低温容器焊接接头的低温韧性可以从改 进焊接材料入手。焊缝强韧化的途径之一是焊缝合 金化。焊接中碳钢和某些低合金钢，如１６Ｍｎ、０９Ｍｎ２Ｓｉ、 ０９Ｍｎ２Ｖ等，所需要的高强度级别碳钢焊条ＪＳ０ｒ７（Ｅ５０１５） 属于低氢钠型，可焊接性良好。江苏熔盛重Ｔ集团有 限公司研制的低温压力容器用超低氢高韧性低合 金系列焊条Ｊ５０７Ｎｉ，焊缝的冲击韧性明显比用Ｊ５０７
于低温环境的压力容器用低合金低温钢、镍合金钢和铬镍奥氏体不锈钢的焊接接头低温韧性，而采取
改进焊接材料、严格控制焊接工艺的措施。并指出研究工作于低温环境的压力容器用焊接材料的必要性。
关键词：低温压力容器；焊接接头；低温韧性的改善
中圈分类号：ＴＧ４０７
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１－２ຫໍສະໝຸດ Baidu０３（２０１０）０２－００１４４－０５
中国石化集团第四建设公司安装组焊的北京 天然气总公司２台１００００ ｎｒｌ３低温球罐由法国英特 普斯公司总承包，法国专家现场监理。其材质为低合 金钢Ａ５３７ＣＬＩｍｏｄ，厚度３５ ｍｍ，焊后无需进行整体 热处理，要求焊缝及热影响区进行－５５ ｏＣ的低温冲 击试验，冲击值大于等于２７Ｊ。该球罐焊接时的焊条 为法国英特普斯公司提供的具有良好力学性能和 低温韧性的Ｅ７０１８Ｇ；在Ａ５３７ＣＵｍ（）ｄ母材焊接过程 中，采用小电流多层多道焊，焊前预热、焊后消氢处 理，可以提高焊接接头的低温冲击韧性。
第４０卷第２期 ２０１０年２月
雹珲梭
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ
Ｖ０１．４０ Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．２０ｌＯ
压力容器焊接接头 低温 韧性的改善技术
林茹１。刘超锋２
（１．新乡学院化学与化工学院，河南新乡４５３００３；２．郑州轻工业学院过程装备系，河南
省表界面科学重点实验室，河南郑州４５０００２） 摘要：制造低温压力容器过程中，经常会出现不同钢材焊接接头低温韧性不迭标的问题。为了改善工作
自
Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅ鲻ｏｆ ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ
镕
１
．ＬＩＮ Ｒｕｌ，ＬＩＵ Ｃｈａｏ—ｆｅｎｇ
搿
８（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ ４５３００３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅ’ｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ
万方数据
专置讨论
重珲榱
第４０卷
纹、焊条电弧焊和埋弧焊焊接接头的力学性能等１４ｔ。 结果表明，＿５０℃的１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ钢板具有良好的低 温韧性，作为－５０ ｏＣ级正火型低温压力容器用钢是可 行的，ＰＰＪ５５７ＲＨ焊剩习与１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ钢板焊接时， 其焊接接头低温韧性优良。合肥通用机械研究院和 无锡市法兰锻造厂共同研究了与－５０ ｏＣ低温高性能 钢１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ钢板的强韧性相配套的２０ＭｎＭｏＤ 钢锻件焊接接头的综合力学性能。结果表明［６１，一５０℃ 的２０ＭｎＭｏＤ钢锻件低温韧性良好，可－与－５００Ｃ级正 火型低温压力容器用钢１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ配套使用。
＝１．４２％一１．４８％，ｗ（Ｓｉ）＝０．３８％～０．４８％和ｗ（Ｍｎ）／ｗ（Ｓｉ）＞３．５ 时，焊缝金属可获得较高的、稳定的低温冲击韧性值。
华中科技大学和武汉钢铁（集团）公司通过焊丝 向焊缝中加入不同合金元素［２１，研究了这些合金元 素对低合金高强钢焊缝强度、冲击韧性尤其是低温 冲击韧性的影响。结果表明，尽管添加的合金元素不 同，焊缝金属冲击功与温度关系曲线均具有较高水 平，但焊缝金属低温冲击韧性受合金化程度的影响 较大；采用ｍ、Ｂ和Ｎｉ等元素多元合金化的焊缝—６０ ｃｃ 的夏比冲击功高于１２２ Ｊ。
０９ＭｎＮｉＤＲ如果用于煤制油１二程再吸收塔的主 要材料，则要求设计温度为一７０℃。例如，张家口市石 油机械厂曾为国内外石化公司制造３０余台０９№１ＮｉＤＲ 低温压力容器，生产中发现０９ＭｎＮｉＤＲ的焊条电弧 焊最初选用Ｗ７０７Ａ焊条，埋弧焊选用Ｈ１０Ｍｎ２焊丝 和ＹＤ５Ｃｒ７Ａ焊剂，ＹＤ５Ｃｒ７Ａ与国产焊丝Ｈ１０Ｍｎ２配合 使用，其焊接接头（焊缝和热影响区）的低温冲击功总 达不到标准要求（低温夏比冲击试验最低冲击吸收 功规定值Ａ ｋｖ≥１８ Ｊ），焊条电弧焊接头的低温冲击吸
Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｌ＇∞，ｅｓｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ
Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）
：Ｄｕｒｉｎｇ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃ，ｅｓｓ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ８，ｔｈｅ ｉｓｓｕｅ ｗｈｉｃｈ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ
收功也不稳定。河北建筑工程学院和天津大学材料学 院的试验表明，用含镍Ｗ７０７Ｎｉ焊条焊接０９ＭｎＮｉＤＲ 钢，其低温冲击性能优于Ｗ７０７Ａ焊条；埋弧焊时，选
用含锰量较高的焊丝删一１并配合使用ＳＪｌ０１焊剂，
可获得较高的低温韧性；若焊丝含锰量低于１．９％， 焊接接头的低温冲击吸收功就很难达标；提高焊接 接头的镍含量是改变低温材料焊缝低温韧性的有 效途径；采用低热输入（小于２５ ｋＪ／ｅｒａ）焊接，最大限 度地减小过热，尽量采用快速多道焊，适当增大坡 口角度，并严格控制层间温度，是提高低温材料焊 缝韧性的关键因素；焊后进行５６０℃—６００℃热处理， 以提高焊接接头的低温韧性。
含量增加有关；Ｗ６０７Ａ焊条焊接试板，多道多层焊缝 中再热焊缝金属所占比例增加，加大焊接线能量会 导致低温冲击韧性下降；产品焊接时，采用Ｗ７Ｃｒ７低 温钢焊条焊接０９ＭｎＮｉＤＲ钢，在一般工艺条件下接 头－７０℃的冲击值远大于２７Ｊ（实验在５０Ｊ以上）；采用 Ｗ６０７Ａ焊条虽能保证－７０℃以下冲击韧性值大于 ２７ Ｊ，但需要严格的工艺控制；较小的焊接线能量和 焊后正火处理，避免焊接摆动，控制单道焊缝厚度、 电弧高度以及焊缝清洁程度对提高接头的韧性有 较好的作用；将线能量控制在１４．４ ｋＪ／ｃｍ以下，获得 了Ａｈ（－７０℃）＝２８．８ Ｊ，Ａｈ（一６０。Ｃ）－＿４７ Ｊ的良好效果。 该储罐投料运行三年来工作正常。
为满足能源领域的需求，日本ⅡＥ公司１７１开发了 韧性、强度和焊接性能都比较优良的６１０ ＭＰａ级高 强度系列钢板低温霓’：罐用钢ＪＦＥ—ＨＩＴＥＮ６１０Ｕ２Ｌ，主 要用于－５０ ｏＣ低温大型球罐的建造。其特点是：低 Ｃ、低Ｐ册（焊接裂纹敏感性成分）和不加入Ｂ；采用微 合金化技术和超级在线快速冷却（Ｓｕｐｅｒ－ＯＬＡＣ）的直 接淬火一回火Ｔ艺，从而获得优良的母材和焊缝性能。 该钢于２００３年首次应用于扬子石化一巴斯夫有限 责任公司设计温度为－４８℃的２ ５００ ｉｎ３丙烯球罐１８１。
大庆石油化工机械厂、大庆石油化工工程检测 技术有限公司对１５ＭｎＮｉＤＲ低温钢采用埋弧焊方法 进行焊接Ｔ艺试验的结果表明，选用Ⅲ弘Ｈ０９ＭｎＮｉＤＲ 焊丝、ＨＷ—ＳＪ２０８ＤＲ焊剂所获得的焊接接头低温冲 击韧性能达到母材水平。
随着国内外乙烯装置乙烯球罐的储存温度不 断降低，体积不断增大，为满足设计温度－４０℃～ ５０℃大型低温乙烯球罐的制造需求，武汉钢铁（集 团）公司技术中心、合肥通用机械研究院研究了高 韧性－５０ ｏＣ低温压力容器用ＷＨＤ３（１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ） 钢的焊接性能，包括最高硬度、斜Ｙ型坡口焊接裂
常州能源设备总厂与澳大利亚ＣＥＭ国际有限公 司合资开发了液态Ｃ０２妒：罐和液态Ｃ０２汽车罐车， 其内容器设计温度为－４０℃，主体材料１６ＭｎＤＲ。该 产品的纵环焊缝采用双面埋弧自动焊，人孔、接管 与筒体、法兰的连接采用焊条电弧焊。埋弧焊原采 用ＨＩＯＭｎ２焊丝和ＹＤ５０７Ａ焊剂，焊缝金属的低温 冲击功难以达标，后改用含锰量较高的ＪＷ一１焊丝 和ＳＪｌ０２焊剂，通过采用新铣刀提高Ｖ型缺口冲击 试样的加工精度，严格控制焊接线能量和层间温度， 使低温冲击功达标。该产品出厂两年，产品性能稳定。
０前言
压力容器在低温条件下一个很重要的性能指 标就是高韧性。只有高的韧性，才能防止压力容器 在正常条件下受外力载荷而不产生脆性破坏。国内 外对低温容器的低温性能都特别重视。尤其是重大 工程要求焊接接头强韧匹配，并且随着低合金高强 钢的级别增大，对焊缝金属的综合性能，尤其是对 低温冲击韧性提出了越来越高的要求。焊接接头强 韧性由焊接材料（焊缝化学成分）和焊接热循环（工 艺参数）等因素决定。如果选择不合理的焊接材料或 焊接Ｔ艺参数，那么焊接接头（焊缝、热影响区）的低 温韧性就很难达到要求。
国内深冷分离、空分、液化气贮罐低温压力容器 常用的低温用钢有：１６ＭｎＤＲ（－４０℃）、镍钢（２．２５％，
收稿日期：２００９－－０９－－０４；修回日期：２００９—１２—２４ 作者简介：林茹（１９６９一）。女，河南河县人，副教授，硕土。主
要从事化学工程与装备的研究工作。
一６０℃；３．５％，－１００℃；９％，－２００ ｏＣ）、高锰奥氏体钢 （１５Ｍｎ２５Ａ１４）和铬镍奥氏体不锈钢（１８－８奥氏体不 锈钢）。国外低温设备用钢以高铬镍为主，其次用镍 钢、铜、铝。对于不同低温用钢的焊接接头，为保证其 低温韧性，焊接材料和焊接工艺的确定也各有特点。
中国石化集团第五建设公司曾建造的一台７３９６甜
液氨贮罐，设计温度枷℃，其主体材质为０９ＭｎＮｉＤＲ
钢【３】。ＧＢ３５３１－１９９６要求该钢材焊接接头（包括焊缝 与热影响区）的－７０ ｏＣ冲击功Ａｈ≥２７ Ｊ（三个试样平 均值，单个值大于等于１９ Ｊ）。焊接Ｔ艺评定试验表 明，选择专门设计的Ｗ７０７和Ｗ６０７Ａ两种焊条进行 焊条电弧焊，ＤＣＲＰ；Ｗ７０７焊条焊接试板，焊接线能 量对低温冲击韧性的影响并不明显，与焊缝中的Ｎｉ
万方数据
专矗讨论
林茹等：压力容器焊接接头低温韧性的改善技术
第２期
焊条的焊缝要高得多；提高Ｊ５０７Ｎｉ焊条韧性的主要 元素是Ｎｉ和稀土硅。该焊条具有优良的焊接工艺性、 极低的扩散氢含量、优异的低温缺口韧性以及优良 的抗冷裂性和抗脆断性能。
Ｅ５０１８（Ｊ５０６Ｆｅ）属铁粉低氢钾型，适用于碳钢和 低合金钢的焊接，其焊缝金属的抗拉强度大于等于 ４２０ ＭＰａ。但是国产Ｅ５０１８（相当于ＡＷＳＥ７０１８）焊条 在焊缝金属低温冲击韧性的稳定性方面，数据不太 集中，存在个别低值。广西机电职业技术学院和桂林 桂冠焊接材料有限责任公司对Ｅ５０１８焊条配方进行 了试验，结果表明【ｌ】：Ｅ５０１８焊条的熔渣碱度对焊缝 金属低温冲击韧性（－３０℃）的影响有一个最佳值；当 熔渣碱度大于或小于该值时，焊缝金属的低温冲击韧
ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｉｓ ｂｅｌｏｗ ｑｕａｌｉｔｙ ＷＳＳ ｏｆｔｅｎ ｆｏｕｎｄ．Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｆｏｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｓｔｒｉｃｔｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｏｗ－ａｈｏｙ ｓｔｅｅｌ。ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｈｒｏｍｅ—ｎｉｃｋｅｌ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｆｏｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍｅｄ ｕｐ．Ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ｔｅｍｐｏｍｔｕｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ；ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ；ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓ
１低合金低温用钢
近年来，随着钢铁生产技术的发展，低合金高 强钢强韧性不断提高。为确保钢结构的性能，焊缝采 用等强原则，焊缝韧性应该与基材基本相当。
改善低温容器焊接接头的低温韧性可以从改 进焊接材料入手。焊缝强韧化的途径之一是焊缝合 金化。焊接中碳钢和某些低合金钢，如１６Ｍｎ、０９Ｍｎ２Ｓｉ、 ０９Ｍｎ２Ｖ等，所需要的高强度级别碳钢焊条ＪＳ０ｒ７（Ｅ５０１５） 属于低氢钠型，可焊接性良好。江苏熔盛重Ｔ集团有 限公司研制的低温压力容器用超低氢高韧性低合 金系列焊条Ｊ５０７Ｎｉ，焊缝的冲击韧性明显比用Ｊ５０７
于低温环境的压力容器用低合金低温钢、镍合金钢和铬镍奥氏体不锈钢的焊接接头低温韧性，而采取
改进焊接材料、严格控制焊接工艺的措施。并指出研究工作于低温环境的压力容器用焊接材料的必要性。
关键词：低温压力容器；焊接接头；低温韧性的改善
中圈分类号：ＴＧ４０７
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１－２ຫໍສະໝຸດ Baidu０３（２０１０）０２－００１４４－０５
中国石化集团第四建设公司安装组焊的北京 天然气总公司２台１００００ ｎｒｌ３低温球罐由法国英特 普斯公司总承包，法国专家现场监理。其材质为低合 金钢Ａ５３７ＣＬＩｍｏｄ，厚度３５ ｍｍ，焊后无需进行整体 热处理，要求焊缝及热影响区进行－５５ ｏＣ的低温冲 击试验，冲击值大于等于２７Ｊ。该球罐焊接时的焊条 为法国英特普斯公司提供的具有良好力学性能和 低温韧性的Ｅ７０１８Ｇ；在Ａ５３７ＣＵｍ（）ｄ母材焊接过程 中，采用小电流多层多道焊，焊前预热、焊后消氢处 理，可以提高焊接接头的低温冲击韧性。
第４０卷第２期 ２０１０年２月
雹珲梭
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ
Ｖ０１．４０ Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．２０ｌＯ
压力容器焊接接头 低温 韧性的改善技术
林茹１。刘超锋２
（１．新乡学院化学与化工学院，河南新乡４５３００３；２．郑州轻工业学院过程装备系，河南
省表界面科学重点实验室，河南郑州４５０００２） 摘要：制造低温压力容器过程中，经常会出现不同钢材焊接接头低温韧性不迭标的问题。为了改善工作
自
Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅ鲻ｏｆ ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ
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８（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ ４５３００３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅ’ｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ
万方数据
专置讨论
重珲榱
第４０卷
纹、焊条电弧焊和埋弧焊焊接接头的力学性能等１４ｔ。 结果表明，＿５０℃的１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ钢板具有良好的低 温韧性，作为－５０ ｏＣ级正火型低温压力容器用钢是可 行的，ＰＰＪ５５７ＲＨ焊剩习与１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ钢板焊接时， 其焊接接头低温韧性优良。合肥通用机械研究院和 无锡市法兰锻造厂共同研究了与－５０ ｏＣ低温高性能 钢１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ钢板的强韧性相配套的２０ＭｎＭｏＤ 钢锻件焊接接头的综合力学性能。结果表明［６１，一５０℃ 的２０ＭｎＭｏＤ钢锻件低温韧性良好，可－与－５００Ｃ级正 火型低温压力容器用钢１５ＭｎＮｉＮｂＤＲ配套使用。