壓力容器設(shè)計(jì)制造中的熱處理問題分析

劉紅田 無棣信諾建設(shè)工程有限公司

壓力容器作為工業(yè)生產(chǎn)的常用設(shè)備，壓力容器的安全性和穩(wěn)定性對(duì)行業(yè)生產(chǎn)效率有著直接影響，不管是任何形式的危險(xiǎn)，都可能對(duì)工業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的破壞。為了進(jìn)行更加穩(wěn)定高效地生產(chǎn)發(fā)展，壓力容器的熱處理必須落實(shí)到位，相關(guān)人員仔細(xì)區(qū)分金屬材料性質(zhì)，選擇最佳處理方案，實(shí)現(xiàn)壓力容器應(yīng)用的最大效果，有效保障壓力容器在各種工作環(huán)境下使用的安全性。

一、壓力容器的概念以及重要性

壓力容器是可以承受一定的壓力的，可以用來裝氣體或者是液體的一種設(shè)備，他承受壓力的等級(jí)也是不同的，而里面裝的一些介質(zhì)，有的是含有劇毒的，也有無毒的，壓力容器的類型也是不同的，有非常多的種類。從現(xiàn)在的實(shí)際情況看來，壓力容器的應(yīng)用是十分廣泛的，在一些領(lǐng)域中也有十分重要的作用，它有非常特殊的功能性，使用壓力容器一定要非常的謹(jǐn)慎認(rèn)真，如果稍微出現(xiàn)一點(diǎn)失誤，就可能造成工作人員身體很大的損害，或者是出現(xiàn)一些財(cái)產(chǎn)的損失，這種破壞性是比較強(qiáng)的。所以在設(shè)計(jì)壓力容器的時(shí)候，一定要從多方面考慮，要考慮到安全性和可靠性，這樣才能夠有效地保證生命的安全和財(cái)產(chǎn)安全。在進(jìn)行設(shè)計(jì)壓力容器的時(shí)候，要有專業(yè)的人員，因?yàn)樯婕皦毫θ萜餍枰軓?qiáng)的專業(yè)性，工作人員要有比較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)能力和綜合素養(yǎng)，不管是在選擇材料方面，還是在結(jié)構(gòu)方面，都要進(jìn)行綜合考慮。在安裝壓力容器的時(shí)候，操作人員一定要按照國家的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范的安裝與操作，因?yàn)閴毫θ萜鲗?duì)于整個(gè)操作過程來說都是非常重要的，在設(shè)計(jì)過程中一定要進(jìn)行充分的考慮，要提前做好設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)的時(shí)候，才能較好地減少安全隱患，提高壓力容器的安全性。

二、壓力容器設(shè)計(jì)制造中的熱處理問題

（一）不銹鋼及其熱處理

不銹鋼作為壓力容器設(shè)計(jì)制造常用材料，具有耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。目前，將含Cr量大于10.5%且具有不銹性和耐酸性能的一系列鐵基合金定義為不銹鋼。不銹鋼的分類方法很多，目前常用的是按照鋼的組織狀態(tài)分類，即馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體—鐵素體雙相不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼五類，壓力容器設(shè)計(jì)制造中常用到下面三種不銹鋼。

1.鐵素體不銹鋼

鐵素體不銹鋼的成分特點(diǎn)是高鉻低碳，組織為單相鐵素體。鐵素體不銹鋼在退火或正火狀態(tài)下使用，強(qiáng)度較低、塑性很好。主要應(yīng)用于對(duì)耐蝕性要求高而強(qiáng)度不高的工況，例如化工設(shè)備、容器和管道等。鐵素體不銹鋼在加熱冷卻過程中不發(fā)生相變，因而不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，可通過加入Ti、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素或經(jīng)冷塑性變形及再結(jié)晶來細(xì)化晶粒。這類鋼廣泛應(yīng)用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。

2.奧氏體不銹鋼

奧氏體不銹鋼的成分特點(diǎn)是低碳高鉻鎳，C含量大多在0.10%以下，組織為單相奧氏體。奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性、冷熱加工性及焊接性，高的韌性和塑性。典型鋼號(hào)如Cr18Ni9型（即18-8型不銹鋼），鋼中常加入Ti或Nb以防止晶間腐蝕。其強(qiáng)度、硬度很低，塑性、韌性和耐蝕性均較馬氏體型不銹鋼更好。奧氏體不銹鋼較適宜作冷成型，其焊接性能也較好。與馬氏體型不銹鋼比較，其機(jī)械加工（如切削）性能較差，當(dāng)碳化物在晶界析出時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)力腐蝕傾向也較大。奧氏體不銹鋼常用的熱處理為固溶處理，即加熱到920℃~1150℃使碳化物溶解后水冷，獲得單相奧氏體組織。對(duì)于含Ti或Nb的鋼，在固溶處理后還要進(jìn)行穩(wěn)定化處理，即加熱到850℃~880℃，使鋼中Cr的碳化物完全溶解，而Ti或Nh的碳化物不完全溶解，然后緩慢冷卻，使TiC充分析出，以防止發(fā)生晶間腐蝕。

3.鐵素體—奧氏體雙相不銹鋼

鐵素體—奧氏體雙相不銹鋼是一種由鐵素體和奧氏體兩相組成的不銹鋼。固溶體中的鐵素體和奧氏體含量為一半，少相含量在30%以上。這種鋼增加Cr含量或添加其他鐵素體成形元素，焊縫銹蝕和應(yīng)力腐蝕裂縫傾向小，強(qiáng)度、韌性和焊接性好。與鐵素體不銹鋼相比，鐵素體雙相不銹鋼具有高韌性、σ相脆性轉(zhuǎn)變溫度、高抗焊縫銹蝕性和高焊接性能等奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，但仍能保持470℃ 的脆性和相脆性。與奧氏體不銹鋼相比，其強(qiáng)度水平較高，屈服強(qiáng)度是奧氏體不銹鋼的兩倍，抗焊縫銹蝕、抗應(yīng)力腐蝕裂縫和抗腐蝕疲勞性能顯著提高。由于上述特點(diǎn)，鐵素體樣奧氏體雙相不銹鋼的應(yīng)用更為廣泛。

（二）壓力容器焊后熱處理

為了消除壓力容器焊接后的殘余應(yīng)力，有必要進(jìn)行焊后熱處理。熱處理方法可分為精整熱處理、局部熱處理和分段熱處理。在條件允許的情況下，采用全爐加熱方式，在條件不允許的情況下，可采用分段熱處理，但重復(fù)加熱長度應(yīng)控制在1.5m以上，相鄰部位應(yīng)保持溫度，從而避免溫度梯度對(duì)材料組織和性能的影響。焊接接頭允許局部熱處理，在進(jìn)行局部熱處理時(shí)，為了避免有害變形，可以擴(kuò)大加熱范圍，還要注意控制溫度梯度。

三、結(jié)束語

在壓力容器生產(chǎn)制造過程中，熱處理能有效改善材料性能，同時(shí)可有效減少壓力容器在焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，提高壓力容器各類焊縫處的性能。隨著化工等行業(yè)的發(fā)展，壓力容器的應(yīng)用場景越來越多，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，并且在工業(yè)中的應(yīng)用地位越來越高。為了保障設(shè)備使用安全，延長其使用壽命，降低行業(yè)發(fā)展的成本消耗，在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)要關(guān)注熱處理問題。因此，壓力容器設(shè)計(jì)過程中，性能以及材料都要進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。壓力容器熱處理的質(zhì)量效果，直接影響著壓力容器本身的質(zhì)量效果和工作效率，因此，設(shè)計(jì)人員要掌握一定的專業(yè)知識(shí)和技能，選取合理的熱處理方式，保障壓力容器的使用性能。