釩添加鋼制作反應器的研究
發布時間：2017-05-03
2008年首次在主要由歐洲反應器制作廠家采用2Cr-1Mo-V鋼制作的反應器中發現在筒身采用埋弧焊接的焊接部出現了再熱裂紋，最終發現有超過30座的同類材料制作的反應器筒身出現了再熱裂紋，筒身裂紋已成為一個大的問題。關于發生再熱裂紋的焊接材料制造商，兩家為歐洲焊接材料生產廠家，而使用日本生產的焊接材料制作反應器的廠家沒有發生這個問題。針對這個問題，以歐洲材料制造廠家為主進行了原因調查和措施研究。根據被稱作“Gleeble試驗”的高溫拉伸試驗結果可知，發生問題時期以前使用的焊接材料在溫度為620～650℃時的面縮率在20%以上，而發生問題時期使用的焊接材料的面縮率為10～15%，在焊接后的熱處理溫度范圍內發生脆化的現象明顯。作為其產生的原因，研究發現是鉍、銻等雜質元素影響造成的，因此提出了用KFactor=Pb+bi+0.03Sb≤1.2ppm作為管理焊接材料潔凈度的指標。
由于再熱裂紋非常小，它是一種沿熔合線垂直生成的寬4mm×高4mm左右的縱裂紋，因此采用以往的超聲波探傷試驗難以檢測出。在這種情況下，必須確立一種新的探傷法，于是提出了一種將“TOFD”的超聲波探傷法與以往的高敏感超聲波探傷法結合的檢測方法。該檢測方法從2010年2月開始正式被采用添加釩的2Cr-1Mo-V鋼和3Cr-1Mo-V鋼作為反應器用鋼具有良好的特性，但對焊接材料、焊接施工提出了更嚴格的要求。從90年代后期開始，2Cr-1Mo-V鋼被廣泛用于制作反應器，但在反應器制作過程中發生了許多的問題。
2Cr-1Mo-V鋼由于添加了釩，強度得到進一步的提高，因此焊接部的低溫裂紋敏感性比沒有添加釩的2Cr-1Mo鋼高，在焊接施工時必須予以特別的考慮。焊接部在退火前是非常脆的，它是導致焊接缺陷的起因，容易發生低溫裂紋。而且，根據反應器的這種特殊要求，對于高強度母材還要考慮運轉開始后的修補焊接和退火處理的可能性，并要求要保證長時間退火條件下的強度。因此，必須將材料制造時的回火溫度設定在低值，焊接后退火前的母材韌性一般也低。在這種情況下，焊接金屬中發生的低溫裂紋會擴展至韌性低的母材，有發生大貫通裂紋的危險性。對于2Cr-1Mo鋼來說，采用低氫焊接材料和實施300℃以上的脫氫熱處理可防止低溫裂紋的發生，但對于2Cr-1Mo-V鋼來說，必須進一步提高中間退火溫度（在600℃以上）來改善韌性。如果沒有充分認識這種材料的特性，沒有實施嚴格的焊接施工管理，就有可能發生從200mm左右壁厚穿透的大裂紋的危險性。