奧氏體不銹鋼壓力容器封頭開裂缺陷的分析

韓晶

佳木斯市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所 黑龍江佳木斯 154000

在一個(gè)壓力容器當(dāng)中，封頭和筒體都屬于主要受壓元件。一旦封頭出現(xiàn)了質(zhì)量問題，就會(huì)對(duì)于壓力容器整體的安全性和穩(wěn)定性造成影響。奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，此類不銹鋼具備著較為突出的綜合力學(xué)和工藝性能，加之其較好的抗腐蝕性能，且穩(wěn)定性較高，因而目前已經(jīng)被較為廣泛的應(yīng)用至壓力容器制造領(lǐng)域當(dāng)中。但就目前奧氏體不銹鋼壓力容器的實(shí)際使用情況來(lái)看，奧氏體不銹鋼封頭再制造和使用期間出現(xiàn)開裂問題的情況時(shí)有發(fā)生，這對(duì)于壓力容器的安全性造成了嚴(yán)重的威脅。在下文中我們就具體對(duì)于奧氏體不銹鋼封頭開裂缺陷問題進(jìn)行具體的分析。

1 奧氏體不銹鋼開裂封頭的特點(diǎn)分析

其一，出現(xiàn)開裂問題的封頭通常是于室溫下冷成型制作的，無(wú)論是冷沖壓成型還是冷旋壓成型都容易造成封頭的開裂問題。冷成型簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是指將實(shí)際制作所需要運(yùn)用的工件材料再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行塑性變形加工，同時(shí)，在常溫情況下所開展的塑性變形加工也是冷成形，溫成形很多時(shí)候一眼被看作是冷成型中的一種。奧氏體不銹鋼冷成型的溫度通常應(yīng)當(dāng)被調(diào)整至150℃以下。

其二，用于制造封頭的材料普遍是較為穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)奧體氏不銹鋼，此類不銹鋼通常不具備磁性，在進(jìn)行塑型的過程當(dāng)中容易轉(zhuǎn)化成為馬氏體組織，為強(qiáng)化其性質(zhì)往往需要經(jīng)過冷加工處理。對(duì)于不同種類的奧氏體不銹鋼而言，無(wú)論是在穩(wěn)定性還是在實(shí)用性方面都存在著較大的差異[1]。

其三，奧氏體不銹鋼壓力容器封頭的開裂位置通常處于過渡段、焊接段以及直邊段，這意味著很多時(shí)候開裂部分的材料已經(jīng)不再只是單純的奧氏體，而是奧氏體與馬氏體的結(jié)合組織。由于直邊段的封頭極其容易收到外力的干擾和影響，而過度區(qū)域收到的此種影響較為輕微。之所以會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織，究其原因主要是由于在冷卻成型的過程當(dāng)中，封頭部分的材料出現(xiàn)了內(nèi)部組織情況的變化而造成的。

2 奧氏體不銹鋼壓力容器封頭開裂缺陷的處理

奧氏體不銹鋼壓力容器封頭出現(xiàn)開裂缺陷，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間需要重新制作封頭進(jìn)行替換。同時(shí)，為了避免再度出現(xiàn)開裂情況，可以在奧氏體不銹鋼封頭成型之后做出恢復(fù)材料性能的熱處理，也就是我們常說(shuō)的固溶處理。對(duì)于奧氏體不銹鋼材料進(jìn)行固溶處理，具體來(lái)說(shuō)就是將奧氏體不銹鋼在進(jìn)行高溫加熱之后，再調(diào)整至相應(yīng)的溫度進(jìn)行保溫，使其能夠完全溶解于固溶體當(dāng)中，待固溶體飽和之后，再通過冷卻的方式獲得飽和的固溶體[2]。

在進(jìn)行封頭部分的制作時(shí)，無(wú)論是壓力容器的制造企業(yè)，還是封頭部分的制造企業(yè)，都應(yīng)當(dāng)對(duì)于以下幾點(diǎn)問題給予足夠的重視。

其一，應(yīng)當(dāng)提前制備恢復(fù)材料性能熱處理的試件，并及時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)與實(shí)際的評(píng)定。其二，部分壓力容器可能需要對(duì)于腐蝕性物質(zhì)進(jìn)行加工，因此，必須確保壓力容器的封頭能夠具備較高的耐腐蝕性，在具體進(jìn)行熱處理之前，必須及時(shí)清除封頭表面的附著物，然后在進(jìn)行酸洗和鈍化處理。其三，在經(jīng)過熱處理前后，封頭的大小可能會(huì)有所變化，必須避免這一問題的出現(xiàn)。

3 奧氏體不銹鋼壓力容器封頭開裂缺陷出現(xiàn)的原因以及相應(yīng)的預(yù)防策略

3.1 冷變形的強(qiáng)化

我們?cè)谏衔闹刑岬竭^，在對(duì)于奧氏體不銹鋼進(jìn)行加工時(shí)，通常會(huì)采用冷加工的方式。高溫下金屬的性質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的變化，在低溫下也會(huì)如此。舉例來(lái)說(shuō)，金屬在低溫下很有可能會(huì)出現(xiàn)硬度、強(qiáng)度、韌性等多方面的變化，這也就是我們常說(shuō)的冷作變化。

奧氏體不銹鋼封頭才進(jìn)行冷成形的過程當(dāng)中，其材料也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變形，一旦出現(xiàn)晶格錯(cuò)位情況，材料的穩(wěn)定性也會(huì)因而受到影響，即便材料的硬度有所提升，材料的塑性和韌性也很難得到保障。當(dāng)冷變形情況發(fā)展至一定程度時(shí)，就很有可能造成封頭開裂問題的出現(xiàn)[3]。

3.2 馬氏體相變

馬氏體相變，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是只替換原子無(wú)擴(kuò)散切變，這很有可能造成封頭形狀的改變。塑型變形問題的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致奧氏體不銹鋼出現(xiàn)馬氏體形變，奧氏體組織也會(huì)轉(zhuǎn)變成為應(yīng)變誘發(fā)馬氏體組織。相對(duì)于奧氏體組織而言，盡管馬氏體組織的堅(jiān)硬程度有所提升，但隨著來(lái)的，其脆性也會(huì)有所提升。當(dāng)出現(xiàn)這兩種組織并存的情況時(shí)，封頭材料就會(huì)出現(xiàn)裂紋。

3.3 腐蝕環(huán)境的干擾

奧氏體不銹鋼組織情況的變化加劇了電偶腐蝕的敏感度，因而奧氏體不銹鋼壓力封頭在長(zhǎng)期處于腐蝕環(huán)境下就會(huì)出現(xiàn)開裂情況。

3.4 奧氏體不銹鋼壓力容器封頭開裂缺陷的預(yù)防策略

首先，在進(jìn)行封頭設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)充分考慮到哦試題不銹鋼經(jīng)過冷成型處理，容易出現(xiàn)性質(zhì)變化等情況，更多的應(yīng)用穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼。其次，當(dāng)奧氏體不銹鋼封頭成型之后，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注過渡區(qū)以及焊接區(qū)的容易出現(xiàn)開裂情況的部位，一旦發(fā)現(xiàn)該處的組織出現(xiàn)變化，第一時(shí)間進(jìn)行處理。最后，對(duì)于封頭冷成型溫度進(jìn)行嚴(yán)格的把控，盡可能的避免奧氏體向馬氏體進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，一旦奧氏體不銹鋼壓力容器封頭出現(xiàn)開裂情況，就會(huì)對(duì)于壓力容器的總體質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。在這篇文章當(dāng)中，對(duì)于導(dǎo)致開裂情況的幾點(diǎn)原因進(jìn)行了分析，并提出了幾點(diǎn)有效的預(yù)防措施。由于受到文章篇幅的限制，所呈現(xiàn)的內(nèi)容存在著一定的單一性，在今后的發(fā)展過程中，仍然需要開展更為深入、精準(zhǔn)的分析研究。