抗HIC钢在焊接施工中的注意事项分析

摘 要：对炼油装置日益使用增多的20 HIC钢施工中的注意要点进行分析，指出施工中应特别注意之处。

关键词：20 HIC钢；焊接工艺；无损检测；焊接缺陷

1 背景介绍

近年来，含硫油气田的开发以及高硫原油进口的增加，使得湿H2S的危害已经遍及整个炼油系统，对安全生产构成威胁，同时也带来了较大的经济损失，管道的损坏占据较大部分。一些设计院对于温度不高，压力较低的管线选材采用20HIC钢，例如某套200万吨/年的柴油加氢装置采用20HIC钢将近3000米。抗HIC钢的焊接质量是十分重要的，但是有的施工单位不能深刻理解20HIC钢的使用要求，简单理解为就是一种碳钢，给今后的使用过程带来极大的隐患。下面就分析一下20HIC钢焊接过程的注意事项。

2 硫化氢腐蚀的机理

硫化氢腐蚀是指钢材在含水硫化氢中发生的电化学腐蚀。主要的腐蚀形式为：全面腐蚀和硫化物应力腐蚀开裂。一般有以下4 种形式：

（1）氢鼓泡（HB）

钢材表面的水分子中产生大量的氢原子 ，氢原子向钢材内部渗入，在缺陷部位（如夹杂、位错、蚀坑等）聚集 ，结合成氢分子。由于分子所占的空间是原子的20倍，巨大的体积膨胀使钢材内部产生很大的内应力，当应力达到一定的程度时就引起了界面开裂，形成氢鼓泡。其分布平行于钢板表面。

（2）氢致开裂（HIC）

当氢原子在钢材的内部缺陷处聚集形成小的鼓泡裂纹后，随着内部氢分子的压力增高，小裂纹趋向于相互连接形成有阶梯状特征的氢致开裂。氢致开裂裂纹分布平行于轧制方向。

（3）硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）

氢原子渗入钢材内部溶解于晶格中产生脆性，在外加应力的作用下形成开裂。

（4）应力导向氢致开裂（SOHIC）

在应力引导下 ，在夹杂物与缺陷处聚集的氢分子形成的小裂纹，沿着垂直于应力的方向发展。

一般而言，热轧态的管线钢是制管的母材，需要进行HB、HIC和SSCC 3项检验。

（7）母材焊缝及热影响区的硬度不超过200HB，且焊缝及热影响区的硬度不超过母材的120%；

（8）母材和焊缝表面不得有深度大于0.5mm的尖锐缺陷存在。

4 焊接施工

对于20 HIC材料，焊接施工除去常规的要求外，还应满足下列要求：

（1）材料检验

要满足抗HIC的要求，材料的质量是重要的源头因素，用于抗HIC钢管道的材料都要按照法律法规、材料标准和订货合同（协议）的要求进行严格的验收。

材料的生产单位必须按照相应标准规定提供质量证明文件，质量证明文件的内容必须齐全、清晰，必须是由独立于生产车间的质检部门出具。对从事金属材料的工作人员必须掌握标准或合同的有关内容。材料的检验可以包括以下内容：包装检验、标志检验、规格尺寸的检验、数量的检验、表面质量检验、力学性能检验、化学成分检验等。对质量证明文件的审查是关键，可以查阅质量证明文件上的包括力学性能、化学成分、供需双方协议等具体数据，来验证材料是否符合设计要求。

对于抗HIC钢管道用材料，对硫、磷、锰等元素含量提出了更加严格的要求，在使用前进行化学成分的抽查检验是必要的，一般的半定量和全定量光谱分析仪由于精度问题，在此是不适用的，工程中采用化学成分分析的方法是合适的。

（2）焊材选择

市场上许多焊接材料都号称是抗HIC焊材，但通过几年的实践，大西洋公司生产的CHE427SH焊条配合CHG-SH焊丝进行氩电联焊是合适的。

CHE427SH是低氢钠型药皮的低S、P碳钢焊条，用于焊接低强度要求的碳钢和低合金钢。如20#（HIC）和A106B（HIC）等，采用直流电源，焊接工艺性能良好，可进行全位置焊接，焊缝金属具有强度低、韧性高和抗裂性能好等特点。采用这一配合获得的焊接接头熔敷金属性能如表1、表2。

从表中可以看出，获得的焊接接头性能完全符合设计要求。

（3）焊接及热处理

上述焊接材料要求须经350～380℃烘焙1～2小时，随烘随用，焊前必须对焊件清除油、锈、水分等杂质，使用时采用短弧操作，窄道焊方法。

抗HIC钢的焊接接头抗硫化氢腐蚀能力随着接头硬度的提高而下降，当硬度低于200HB时，焊接接头对HIC不敏感，所以保证焊接接头的硬度是十分重要的。

焊接热输入在一定的范围内对焊接接头的抗 HIC 能力影响不大。但是，当焊接热输入增大到一定程度时，焊缝抗HIC能力变差，这主要是由于焊接热输入增大后，焊缝组织变粗，性能降低，尤其是焊缝组织中的夹杂物随着焊接热输入的增大而长大，导致了焊缝抗HIC能力的下降。在产生制作过程中，将焊接热输入控制在评定合格的焊接热输入的（-10%，+20%）的范围内是合适的，因为低温冲击韧性并不是最大的问题，而是焊接接头的硬度。

焊接抗HIC钢时，一般采用焊前预热+中等热输入进行，焊接接头进行焊后热处理，以保证焊接接头的韧性和降低焊接接头的硬度（HB≤200）。通常，对于20 HIC材料，厚度 25mm 以上焊前应至少预热100～120℃以上。

由于电弧擦伤会在钢材表面留下硬度很高的点，设备最终热处理后，绝对不要在设备表面引弧（尤其是接触介质的表面）。焊缝中的夹渣和气孔等是易于引起HIC和SCC的缺陷，也应引起我们足够的重视。

（4）無损检测

对于20 HIC材料的无损检测，尤其是射线检测，除去常规的要求外，还应特别注意在上述设计要求的第8项“母材和焊缝表面不得有深度大于0.5mm的尖锐缺陷存在”，这个规定明显高于JB/T4730.2-2005 《承压设备无损检测第2部分：射线检测》的评判要求，要特别引起重视，尤其是缺陷位于管道焊缝内测时，要及时发现，及时判废。由于射线检测评片人员不一定知道抗 HIC钢这一特殊要求，所以要及时通知评片人员，以免造成大面积返修或者将缺陷留到工程中。

5 结束语

抗HIC钢的使用降低了石化行业由于硫化氢造成的损失，但对于20 HIC钢的焊接要注意其特殊的规定和要求，才能获得综合性能优良的焊接接头。

作者简介：李建强（1973-），男，天津滨海新区人，职称：高级工程师，学历：本科，主要研究方向：焊接工艺。