奧氏體不銹鋼在制造鋼制壓力容器時設計與工藝的重要性

夏紅慶

摘 要：隨著經濟的發展壓力容器在生活、科研、石油化工、輕紡以及食品等多個的應用范圍十分廣泛，由于在特定的使用的環境下比較復雜，具備了易燃、易爆等特點 ，在溫度、壓力及介質的綜合作用下會導致設備失效損壞，發生事故。因此，為了確保壓力容器工作的安全可靠狀態，壓力容器在制造過程中對材料的選擇顯得十分重要。

關鍵詞：鍋爐壓力容器;材料選擇;焊接質量

中圖分類號：? TG142.71? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

壓力容器用奧氏體不銹鋼制造壓力容器時選擇材料非常重要，選材時綜合考慮壓力容器在制造過程中的冷熱加工作用，還應該考慮內部介質、溫度和外部介質、溫度在環境中的作用要有相容性以及設備在使用過程中復雜情況，特別是介質的腐蝕問題具有重要意義，下面重點研究奧氏體不銹鋼在鍋爐壓力容器選材的重要性[1]。

1 介質對奧氏體不銹鋼材料的在正確選用重要性

在使用奧氏體不銹鋼制造壓力容器時，首先要了解壓力容器在使用過程中的介質情況、溫度情況、環境情況以及壓力容器在制造成過程中制造成工藝來分析各類因素對奧氏體不銹鋼在制造壓力容器使用的影響，這樣設計人員正確選用合適的材料來分析材料的特性，明確壓力容器在制造、使用和今后的檢驗工作中的注意事項。

1.1 介質情況

要考慮介質特性對奧氏體不銹鋼在使用過程中會產生的腐蝕，主要表現在腐蝕形態，表面作用對其鈍化膜要求，一些介質因素能夠使表面鈍化膜發生破壞，例如有些活性陰離子（如氯、硫、氟、溴、碘等）。對奧氏體不銹鋼的腐蝕一般表現為局部腐蝕，其主要腐蝕形態有點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕以及腐蝕疲勞，在設計時了解介質特性至關重要。

奧氏不銹鋼依賴鈍化膜而耐腐蝕，主要是用在氧化性或弱氧化性介質中，在還原性比較強的氧化性介質中絕大多數不銹鋼不能使用，以防有晶間腐蝕。因此，對不銹鋼制壓力容器提出晶間腐蝕的檢驗要求。

一般地，對腐蝕性不強的電解質，如鹽溶液、水等，隨電解質溶液濃度增加，溶液的導電性增加，腐蝕也有所增長。對于非電解質溶液，如有機溶液，其腐蝕性一般隨濃度增加而增加。

壓力容器設備使用在濃硫酸環境中介質全部卸空后，容器壁殘留的濃硫酸與空氣中的水分子發生發應變會成稀硫酸，容器、管道等底部中沉積物中離子濃度增加等因素都可能導致意外腐蝕，所以結構設計中要避免死角，盡量使介質不處于靜態，要在設計和使用中加以說明。

1.2 溫度

溫度對奧氏不銹鋼在使用中腐蝕因素的影響也很大，不能由一個溫度下的腐蝕速率去推斷其他溫度下的腐蝕率。例如，不同溶液在容器設備上的局部存在溫差，這樣它就會產生溫差電池，使容器設備的高溫部分遭受意外腐蝕。另外，溫差過大，高溫區溫度超過許用溫度極限，同樣也會受到意外腐蝕。

1.2.1 設計溫度的控制在制造壓力容器時的重要性

設計時溫度為-100 ℃～196 ℃時的鉻、鎳奧氏體不銹鋼制造成壓力容器時，要根據設計溫度的要求選擇合適的焊接工藝文件，同時制造壓力容器的材料的含碳量要≤0.10%鉻、鎳奧氏體不銹鋼，并且在相應的焊接工藝文件中注明焊縫金屬的低溫夏比沖擊試驗，在不高于設計溫度下沖擊功的吸收功≥31J。

1.2.2 設計溫度的控制對奧氏不銹鋼或低碳超低碳奧氏體不銹鋼注意事項

如果壓力容器制造時選用含Ni量較高的奧氏不銹鋼或低碳超低碳奧氏體不銹鋼，在晶間腐蝕環境下，奧氏體不銹鋼制造壓力容器時設計溫度要考慮晶間腐蝕不利因素，要將不銹鋼在制造壓力容器時的設計溫度控制在材料正常允許使用溫度，當有沖刷腐蝕和腐蝕疲勞等不利因素時，還要考慮材料在正常允許使用溫度的基礎上，適當降低壓力容器的設計溫度。

1.2.3 奧氏體鋼材使用溫高于525℃溫度下長期使用時設計溫注意事項

奧氏體鋼材使用溫度高于525℃溫度下長期使用時，鋼中含碳量應不小于0.04%。如果使用不銹鋼-鋼復合板，使用溫度范圍應符合對基材和覆材使用溫度范圍的標準。

1.2.4 溫度對奧氏體不銹鋼鋼板在固溶和穩定化處理時的重要性

碳在奧氏體中的溶解度隨溫度有變化而改變，在1 100℃時約固容0.08%～0.15%C，在450℃～850℃的溫度范圍內碳的溶解度低于0.02%。一般普通18-8不銹鋼的含碳量≤0.12，進行固溶處理時加熱到位1 100℃左右，碳化物相可全部溶解，這樣碳就全部固溶于奧氏體中，奧氏體不銹鋼在固溶狀態和穩定定化處理狀態下使時，在制造過程中經過600℃時的熱加工，奧氏體不銹鋼鋼板，如果使用在晶間腐蝕環境下，就要重新進行固溶和穩定化處理工作。

1.3 環境情況

奧氏體不銹鋼在制造壓力容器時要有獨立的生產加工場地，專用的加工設備，對材料采取相對的保護措施，材料的切割、坡口采用機械加工，有加熱和熱成型的壓力容器產品要嚴格控制爐膛溫和加工時的起始溫度與終點溫度，有晶間腐蝕要求的，熱加工后應進行抗晶間腐蝕的檢測，檢測不符合抗晶間腐蝕要求的進行固溶或穩定化處理。

2 奧氏體不銹材料在制造壓力容器和元件時采用機械成型應注意如下問題

2.1 奧氏體不銹鋼如何選用正確的機械加工方法

奧氏體不銹鋼在制造壓力容器、封頭、彎管等零部件時需要切割、坡口時應采用機械加工方法進行加工，當采用等離子切割方法下料、開孔、打坡口時要去除坡口處的氧化物直至露出金屬光澤表面。

2.2 奧氏體不銹鋼加工后進行抗晶間腐蝕試驗的重要性

對有抗晶間腐蝕要求在制造壓力容器、封頭和彎管等零部件時，熱加工后應進行抗晶間腐蝕試驗，對加工成形后制造壓力容器、封頭、彎管等零部件材料不符合抗晶間腐蝕試驗要求的要進行固容或穩定化處理。

2.3 控制起始溫度與終至溫度重要性

在制造壓力容器、封頭、彎管等零部件時應用不含氯的液態脫脂劑清除油脂和其雜質后進行加熱加工或熱處理工序，在熱加工或熱處理過程中使用加熱爐爐膛的燃燒氣應為中性或微氧化性，壓力容器、封頭和彎管等零部件當采用熱成型時，應嚴格按照熱處理規范和沖壓工藝要求執行，嚴格控制爐內溫度和沖壓時的起始溫度與終至溫度。

3 壓力容器設計人員在設計時要充分考慮材料選用重要性

現將經常使用到的材料的制造適用范圍和焊接工藝焊材選用要求匯總如下，見表1。

4 結語

奧氏體不銹鋼在壓力容器設計、制造、使用過程中要求設計人員考慮經濟性、合理性、適用性使壓力容器設計既要符合國家規程、規范的同時要求也要設計參數、使用環境，沖分考慮到壓力容器設計過程每一個環節，避免忽視細小問題看似不重要但在使用過程會出現重大隱患，所以要把設計計算與制造工藝程序標準規范的有機結合，使計算符合設計標準規范的要求，加工也能夠保證安全可靠，在保證設計產品有充分的理論依據，還珍惜寶貴的鎳資源，高效和合理使用不可再生資源。

參考文獻

[1]俞揚.TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》部分修訂內容介紹[J].化工機械，2017，44（6）：595-602，671.