热处理技术在压力容器设计中的应用探析

2013-08-15岳伟

河南科技 2013年18期

岳伟

（宜兴市三木化工装备有限公司，江苏宜兴 214258）

压力容器在工业生产中占据重要地位，它广泛应用与石油化工、能源、军工等领域，主要用于盛装有毒气体或腐蚀性液体，承受较大的压力，因此危险性较强，是工业生产中比较常用的特种设备。压力容器的设计作为一项专业性十分强的设计工作，需要设计者对压力容器的材料选择到结构设计、受力分析、强化措施、制造安装的操作方便以及检验、使用、维护等等都要全盘考虑，综合设计。由于压力容器使用环境和使用工况的特殊性，在高压和腐蚀性液体、气体环境中，压力容器的金属和焊缝要求较高。在压力容器中应用热处理技术，将压力容器的金属材料或焊接缝通过温度的改变，改善其性能，将金属或焊缝中的不稳定因素通过高温改变，使金属材料的性能得到最大的优化，从而保证压力容器的安全系数。本文主要从以下几个方面探析热处理技术在压力容器设计中的应用。

1 奥氏不锈钢制造的压力容器热处理设计

所谓奥氏不锈钢是指在使用状态基体组织为稳定的奥氏体的不锈钢。具有很高的耐蚀性，良好的冷加工性和良好的韧性、塑性、焊接性和无磁性，但一般强度较低。奥氏不锈钢由于含Mo、Cu 等元素，耐腐蚀性、耐酸性较好，因此广泛应用与压力容器的加工制造。许多压力容器设计者认为采用奥氏不锈钢设计制造的压力容器在焊接过程中，由于焊缝的稳定性较差，焊接后压力容器的母体材料的韧性发生了变化，同时为消除焊接后的残余应力应当对采用奥氏不锈钢加工制造的压力容器进行热处理。而实际上，由于奥氏不锈钢的材料结构是面心立方体结构，具有较好的韧性。同时，由于采用奥氏不锈钢加工制造的压力容器由于材料价格昂贵和实际使用需要的考虑，奥氏不锈钢的厚度一般都较小，因此在焊接过程中不会产生较大影响，对不锈钢母体的韧性影响不大，由于奥氏不锈钢的塑性和韧性较好，焊接残余应力不强，冷却后材料的硬化后果较低，因此不需要对以奥氏不锈钢为材料制造的压力容器进行热处理。同时由于常规消除应力的热处理的温度在610 摄氏度左右，保温约2 小时，而根据奥氏不锈钢的特性，在400 至800 摄氏度的温度范围内，奥氏不锈钢缓慢冷却的过程中会导致材料结构分子间的腐蚀，形成不锈钢过敏化。

2 复合板压力容器热处理设计

复合板压力容器的焊后热处理设计十分重要。通常对复合板压力容器的基层材进行焊后热处理时，也必须相应地对压力容器的本体进行焊后热处理。在实施热处理之前，必须充分考虑不同的复层材料的热力学性能，考虑热处理对各自的影响程度。由于复合板的耐腐性性可能在热处理后有所变化，在设计过程中要充分考虑。采用不锈钢复合板材料制造的压力容器进行焊后热处理时极易对焊接接头造成碳化影响，可能对复层性能造成损害，尤其是材料的耐腐蚀性能和力学性能，如果不处理好，将会为以后的使用过程中留下安全隐患。[1]因此在选用复合板时可以根据实际需要选择超低碳复层材料，并有选择性地对焊后的压力容器进行热处理，并根据实际需要控制保温时间，保证复合板的热处理性能。

3 压力容器焊后热处理的设计

压力容器的焊后热处理主要有整体热处理、局部热处理、分段热处理等方式，其中整体热处理又包含整体热处理和炉内整体热处理两种方式。在进行整体热处理时，炉内整体热处理将压力容器整体至于高温炉内加热，这种热处理方式适合应用与需要对压力容器整体或受压元件需要进行热处理时使用。对于盛装混合气体、液体乳液化石油气的储罐或移动罐都应当优先考虑炉内整体热处理。[2]此外，设计者还应当根据压力容器的使用工况和盛装的气体、液体的特性、使用环境，选择合适的压力容器热处理方法。在设计过程中，要明确热处理方法，并提出热处理加工的技术要求和指导性建议。