壓力容器設計中的熱處理問題分析

陸道林

摘要：隨著全球一體化的實現，我國的經濟建設同時獲得了迅猛發展，工業化進程也有了較為明顯的提升。工業化建設的不斷深入，使得壓力容器在各工業領域中的應用越來越普及，地位也越來越重要。如今壓力容器成為了化工生產中的重要設備，其是盛裝液體或者氣體的、并且需要承載一定壓力的密封容器，屬于特種設備。由于壓力容器的使用環境較為惡劣，倘若出現損壞，則可能造成甚為嚴重的后果。熱處理技術，就是對壓力容器的材料進行的一種加工方式，能夠有效保證壓力容器的產品質量，進而為其強大的安全性奠定了堅實的基礎。基于此，本文對壓力容器設計中的熱處理問題進行了初步分析，以期為提高壓力容器設計中的熱處理質量提供一些參考。

關鍵詞：壓力容器;熱處理;問題

前言

我國不斷深入的工業化進程，使得壓力容器已經擁有了空前廣闊的應用市場，能源、石油、軍工、化工等諸多工業行業都已經普及了壓力容器，壓力容器的介質危害性成為其最為顯著的特征。因此，壓力容器的安全問題日漸被各工業企業所重點關注。正常情況來說，壓力容器都需要進行必要的熱處理工藝加工程序，這種工藝可以使容器的材質恢復其原有的金屬性能，一定程度上延長了容器的使用年限，并使容器更為堅固、安全。因此，熱處理的工藝流程必須嚴格遵循相關的規章制度來執行。在目前，諸多新型的熱處理加工工藝還在不斷進行著大力的創新開發，有著無限的發展前景。因此，對壓力容器設計中的熱處理問題進行分析，有著積極的意義。

1.壓力容器設計中的熱處理技術概念及特點

工業中的熱處理，指的是將金屬材料放在特定的介質內進行加熱、保溫和冷卻，通過改變材料內部或者材料表面的晶相組織結構來控制金屬的性能的一種金屬的熱加工工藝[1]。壓力容器設計中的熱處理技術，也以加熱、保溫和冷卻為主。壓力容器的設計有著多種不同材料應用，對于不同的材料需要采用不同的溫度，而對于不同溫度的參數均要有著精準的設置，不同的階段需要采用不同的溫度，只有做好嚴格把控，才能使金屬材料的性能得到最大化完善，才是保證壓力容器質量安全的根本。其次，在冷卻的環節，冷卻的速度又是一個不得不面對的難題，不同的冷卻速度也會使材料的性能產生巨大的差異。目前，冷卻的技術程序主要為退火、正火、淬火和回火。最后一點，就是加熱的技術，目前加熱技術主要以液體或者氣體燃料作為熱源，另外還有的采用液態鹽或者金屬和浮動粒子進行間接加熱等方式。

熱處理的工藝特點表現為在不改變材料形狀和化學成分的條件下，通過改變金屬材料內部顯微組織或者材質表面的化學成分來使金屬材料的使用性能得到改善。總的來說，熱處理工藝的特點就是能夠改善金屬材料的內在質量[2]。

2.壓力容器設計中的熱處理問題分析

目前在壓力容器設計中，主要存在四個大方面的問題，包括消除應力、改善材料性能、恢復材料性能和在容器焊接之后消除氫元素的熱處理。

2.1奧氏體不銹鋼材料的熱處理問題

在壓力容器設計中，常常在金屬部件的焊接之后需要進行熱處理，在高溫下，金屬與合金材料的變形指數將會大大降低，高應力由此發生流型變化。熱處理的流程，能夠消除由此造成的應力，使得焊接之后的金屬柔韌度和抗腐蝕能力獲得有效提升。奧氏體金屬材料的柔韌性較強，因其結構為面心立方體結構，特點為滑移面較多，這種特性就決定了其一般不需要經過熱處理。奧氏體不銹鋼的殘余應力性能相對較小，并且有著良好的柔韌性和可塑性，一旦對其進行熱處理，就會腐蝕其金屬材料的結構，但如果應用此材料的壓力容器需要在較高的腐蝕環境下并且有著較高的溫度環境中運行，則需要根據具體情況進行適當的熱處理。

2.2金屬焊接后的熱處理問題

一般來講，金屬焊接之后，需要進行爐內整體熱處理、分段熱處理、局部熱處理和整體熱處理。首先，爐內整體熱處理是將壓力容器或元件整體加入進行處理，一般需要進行焊后熱處理的壓力容器和受壓的元件宜用此方式。其次，一些分段熱處理一般適用于一些大型的容器，重復加熱的長度應大于1.5千米[3]。而爐內局部和整體熱處理適用于一些高壓容器和中壓反應容器等。

2.3復合板式壓力容器的焊接之后熱處理問題

復合板式壓力容器的焊接之后的熱處理問題也是一個關鍵問題，要重點關注在對復合板式壓力容器進行焊接之后，對復合板式材料的物理和化學性能造成的不良影響。在某些情況下，熱處理會使復合板式材料性能脆化，甚至降低耐腐蝕性和柔韌性的消失。如此一來勢必會對壓力容器造成不好的影響。解決這樣的問題，就要對材料的參數進行認真的篩選，一方面要使碳鋼的厚度大于等于管內直徑的3%，另一方面要保證其他的合金鋼材厚度一定要大于等于管內直徑的2.5%

2.4壓力容器設計中的熱處理技術內容方面的問題

壓力容器熱處理的工藝有著其特定的流程，首先要保證在焊接元件之后再進行熱處理。其次，要注意實行熱處理的工藝時，一定要基于所有的焊接工藝及相關的技術檢驗達標的基礎上。再次，管板式的壓力容器在焊接之后，要進行消除應力的熱處理，但是對于例如奧氏體不銹鋼等類似材質則無需進行熱處理。最后，金屬材料的不同和焊接點的不同也要納入到考慮分析當中，應該結合有針對性的熱處理技術進行相對應的熱處理工藝。另外還有一個重要問題，那就是在進行熱處理的過程中，加熱方式一定杜絕使用燃煤爐。

結論：綜上所述，壓力容器在當前已經得以普及應用，然而未來隨著科技的不斷發展，壓力容器也必將要面對更加復雜的工作環境，設計的過程也會隨之越來越復雜。倘若壓力容器出現質量問題，則可能導致極為嚴重的后果，因此，壓力容器的安全性絕對不容被忽視。由此可見，提升壓力容器的安全性有著必要的意義，因此，首要任務就是做好材質的熱處理工藝，這樣才能為壓力容器的安全提供有效的保障。

參考文獻：

[1]李春明.12Cr2MoWVTiB鋼焊后熱處理工藝改進的研究[J].熱加工工藝，2012（03）：26-27.

[2]張寶坤.淺談鉻鉬鋼壓力容器的設計、制造與檢驗[J].科技信息，2011（17）：55-56.

[3]薛明德，黃克智，李世玉，壽比南.壓力容器設計方法的進步[J].化工設備與管道，2011（12）：19-22.