熱處理技術在石油化工壓力容器中的應用研究

田艷龍 王星亞 張芳

摘 要：石化工業當中，壓力容器屬于非常重要的設備。石化壓力容器所用的材料，其性能和石化產業能不能穩定、安全生產有直接關系，決定著石化企業最后獲得的生產效益。熱處理技術，能夠改善石化壓力容器的材料性能，本文將以石化壓力容器為研究對象，使用熱處理技術，提出合理的使用方法。

關鍵詞：熱處理;石油化工;壓力容器

前言：石化行業在我國的經濟建設中意義重大，石化行業中壓力容器屬于非常重要的設備，是特種設備的一種。石化企業所用的壓力容器是否安全，關系到石化企業能不能順利完成生產。石化企業的壓力容器本身處于復雜的作業環境，所以其基體材料很容易在外界環境作用下，發生腐蝕問題。容器焊縫是斷裂問題頻現的區域。所以石化工業在發展中，壓力容器需要根據環境、材料情況合理使用熱處理工藝，做好操作流程管理，減少壓力容器中的殘余內應力，保障材料機械性達標，提高石化壓力容器穩定性與壽命，規避各種安全事故問題。

1 熱處理技術概念與意義

所謂的熱處理技術，說的是在某種介質中放置金屬材料，隨后對其進行冷卻、保溫與加工處理，用于改善金屬材料的成分、表面結構、內部結構，改善材料的機械性能，是內部殘余應力的常見消除方法。石化壓力容器生產加工的時候，焊接、折彎等工藝，都有可能會在基體中出現殘余內應力。殘余內應力會降低金屬材料抗疲勞能力與材料強度，引起應力腐蝕、材料脆性斷裂情況。基體斷裂是殘余內應力所引起的[1]。比如生產過程中，高強度鋼材料如果您已出現氫脆情況，為防止出現氫脆問題，需要使用脫氫技術。脫氫技術是熱處理工藝的一種。除此之外，殘余內應力也是零件變形的重要誘因，容易導致零部件尺寸精度受到影響。在金屬零部件的加工中，熱處理技術是非常重要的。

2 熱處理技術加工工藝分析

按照熱處理技術目標，能夠將技術分成預先熱處理、最終熱處理兩種類型。其中的預先熱處理，說的是消除上一道工序缺陷，從而在后面工序的加工步驟中使用而設置熱處理。而最終熱處理，說的是將保障零件使用性能為前提準備的熱處理技術。按照熱處理技術性質，技術能夠分成普通、形變以及化學三種熱處理形式[2]。普通熱處理，只能改變金屬組織結構和外形。形變熱處理，充分結合了熱處理強化與材料形變強化。不難看出，普通與形變這兩種熱處理工藝，追求的都是對材料成分進行改變。化學熱處理實現了對材料組織結構與成分改變。

目前，熱處理技術的常見手段包括回火、退火、淬火以及正火。以上幾種熱處理工藝，其本質是以可控條件為前提，加熱、保溫與冷卻金屬材料，精準控制上述三種工藝，能夠提高石化壓力容器的穩定性與機械性能。熱處理的加熱，使用的是電熱法與內燃法。也就是說，在特定溫度條件下，金屬材料被加熱，達到特定溫度以后，需要使用保溫技術，使金屬材料溫度維持在特定的指標。該過程中，金屬材料的殘余內應力、硬度、材料強度、組織結構全都發生變化。保溫時間到了以后，及時冷卻材料。即此時金屬材料冷卻的速度，和材料組織結構、機械性能有直接關系，決定著最后機械設備是否穩定。

3 石化壓力容器中的熱處理技術使用分析

3.1焊接前預熱

在金屬材料溫度達到特定溫度以后，對材料進行與熱處理。在高溫環境中，基體材料組織結構發生了很大的變化，在特定程度上，減少了金屬材料硬度與強度，能夠改善金屬材料焊接性。

石化工業中的壓力容器，在焊接之前必須預熱，預熱一共有下面三個作用。首先，預熱材料以后，能夠控制焊接以后的材料冷卻速度，讓基體材料中的氫開始脫離，能夠防止氫斷裂情況。在預熱操作中，焊后冷卻速度得到了很好的控制，防止了焊縫金屬氫溢出，防止了氫致裂紋的出現，能夠降低焊接部位淬硬強度，提高焊接部位抗裂性。在局部均勻加熱或是整體均勻加入中，焊接部位和周圍部位溫差得到了很好的控制，能夠減少焊接中的應力大小。在預熱中，焊接的應變速率得到了很好的控制，可以避免焊接裂紋的出現。在預熱中，焊接的基體拘束度得到控制，在特定范圍中，提高了余熱溫度，能夠防止裂紋情況發生。石化壓力容器的焊接，需要考慮焊條化學成分以及基體材料情況，根據焊接方式、焊接剛性情況，確定層間溫度與預熱溫度。

3.2焊接后熱處理

完成石化壓力容器焊接以后，之所以進行熱處理，為的是：首先能夠去除材料中的氫。焊接完金屬材料以后，焊接部位的溫度如果仍舊在100攝氏度以上，那么低溫熱處理材料，就能加快焊接部位以及熱影響區的氫脫離速度，能夠防止低合金鋼一類的石化壓力容器材料出現氫脆情況，避免焊接部位裂紋現象發生。其次能夠消除焊接中引發的殘余內應力。焊接期間，材料因為快速升溫與冷卻，內部就容易出現不均勻內應力。此外石化壓力容器的焊接，外界和本身拘束，引起了內應力現象。通過焊接的方式，就能消除殘余內應力。最后能夠改善材料力學性能。在石化系統中，石化壓力容器大多使用合金鋼材料焊接的接頭，焊接以后組織結構出現變化，會有一些淬硬組織，對金屬材料機械性能造成很大的破壞。焊接后的熱處理，能夠降低材料硬度，可以實現焊接部位熱性與塑性的改善，賦予了材料更出眾的力學性能，并且有效提高了石化壓力容器組織結構穩定性與尺寸精度、穩定性。石化壓力容器結構件，如果使用的是普通材料，那么結束焊接以后，只需要去應力退火熱處理就行。高碳鋼結構件、中碳鋼結構件、補焊件、不同材料焊接件一般要用均勻化基體材料組織的方法，使其成分更加均勻，這樣才能消除焊接內應力。

3.3特殊化學熱處理

石化壓力容器是由各種各樣零部件組成的，不同零部件有著不同的功能和作用。不同零部件的機械性能側重點大不相同。石化壓力容器的生產期間，對零部件有著許多要求。首先零部件必須有足夠的耐磨性。常規鋼材料零件，一般通過滲碳淬火的方法，零部件的表面能夠形成高碳馬氏體硬化表層。合金鋼零件一般用滲氮法，從而在零部件的表面生成合金氮化物彌散硬化表層。以上兩種手段，是零部件表明硬度提升技術中，效果十分明顯的，能夠讓硬度達到HRC60級別。其次，有些零部件耐疲勞強度要求比較高，使用滲氮和滲碳兩種熱處理手段，都會讓鋼件表面出現很多殘余內應力，提高零件疲勞強度。最后有些零部件，抗高溫氧化性、抗腐蝕性比較好，滲氮熱處理手段，是提高零部件抗腐蝕能力的重要手段。鋼件的表面滲透適量的鉻、鋁、硅以后，零部件的表面就會生成致密其穩定的氧化膜，能夠提高零部件的抗腐蝕性與抗高溫、抗氧化能力。熱化學處理這項技術的應用，讓石化壓力容器的零部件既能擁有良好的基體韌性，同時也能提高零部件的機械性能，讓零部件擁有良好的使用效果。

結語：在石化行業中，安全生產是基本要求。石化生產中，壓力容器是很重要的設備，壓力容器穩定性、安全性必須符合規定，而這勢必會對材料機械性提出很高要求。在石化壓力容器的生產和制造中，熱處理技術作用突出，能夠改變壓力容器的材料性能。石化壓力容器生產制造環節，利用熱處理技術消除材料殘余內應力，優化材料組織結構，可以提高材料機械性與綜合性，保障了材料的抗疲勞、抗腐蝕、抗氧化能力。石化壓力容器在熱處理以后，可靠性、安全性得到顯著提高。

參考文獻：

[1]徐俊峰，楊龍，張丹丹.壓力容器和壓力管道的安全管理解析[J].化工管理，2020，{4}（03）：72-73.

[2]陳旭，馬文江.壓力容器在石油化工行業設計中的相關技術[J].裝備維修技術，2020，{4}（01）：16.