低温压力容器焊后热处理的万法探究

杨维维

摘要：低温压力容器是化工工程中的重要设备，其中的低温应力脆性破坏事故屡见不鲜，采用焊后热处理是有效的防治办法。文章通过综述文献说明低温压力容器整体热处理的方法、工艺因素，并通过工程实例进行应用讲解。

关键词：低温压力容器；焊后热处理；方法探究

0引言

GB150—2011中对热处理进行了规定，明确了各种不同材质需要热处理的厚度，当碳素钢、Q345R（不进行焊前预热）的焊接接头厚度超过32 mm时，均需要采用焊后热处理，且在其他的结构和设计条件下，也需要通过热处理予以改善，文章详细讨论了其方法、工艺和实际应用。

1低温压力容器焊后热处理

GB 150—2011中规定，低温压力容器是指设计温度为-20℃以下的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器，以及设计温度为-196℃以下的奥氏体不锈钢容器。常见的液化乙烯、液氮和液氢等在储存运输中均无法离开低温压力容器，而由于低温应力脆性的存在，使得安全事故频发，其储存的介质常常为易燃、易爆材料，且设备结构复杂，当局部过分集中就容易产生裂纹，因此采用热处理消除应力是尤为必要的。

1.1整体热处理方法

其整体热处理的方法包括：（1）于固定炉中进行整体热处理，这种方法加热温度稳定均匀，没有较大的温差，易于掌控，且保温情况良好，适用于容器大小小于热处理炉的低温压力容器；（2）于固定炉中进行分段热处理，此方法用于长度较大的容器，可将其分为两段，于其中一段先加热处理，再调换方向，其中应有1.5 m以上的部分经历了重复加热，但耗损较大，且难以掌控温度；（3）于固定炉外热处理，主要针对一些大型设备，此法温度、温速、温差均难以掌控；3种方法的加热方法类似，多采用燃料加热和电加热。

1.2整体热处理工艺

了解其工艺就需要了解其决定因素、加热温度、速度、时间等，下面将进行详细说明。

1.2.1加热温度

现阶段使用的调质低温用碳素钢具有最低的回火温度，多数在600℃左右，因此如果焊后热处理（Post Weld Heat Treatment，PWHT）出现高温，钢材强度势必受影响，对此工艺中要求温度上限较回火温度更低，按照详细的规定条件进行加工。

1.2.2保温时间

其上下限需要考虑到多项因素，保温时间上限需考虑不影响母材和焊接区使用，尽量减少制造时间；保温时间下限需考虑到应力松弛程度、淬硬区是否软化、氢等气体是否残留、组织是否稳定；工艺要求中说明当加热温度低于标准时，则需要增加保温时间，但也需要说明，增加时间具有一定的限度，过长会导致焊缝金属结晶过于粗大，碳化物聚层，使得其各项性能受到影响，包括机械性能、蠕变强度和缺口韧性。

1.2.3保温温度

其上下限也需要考虑到多项因素，保温温度上限需考虑相变点、回火温度以及钢材使用性能；保温温度下限需考虑的因素与保温时间下限决定因素一致；工艺要求中规定保温温度550℃，如果在实际操作中，保温温度过低，则会严重影响残余应力降低程度，即使增加保温时间也于事无补。

1.2.4加热速度

加热速度上限需考虑厚壁件温度均匀性、形状尺寸变化导致的温度不均匀现象和变形裂纹可能；加热速度下限需考虑炉温控制以及控制制造時间；工艺上说明其上限与板厚呈反比关系，但不能小于50℃/h。

1.2.5冷却速度

其上限需考虑的决定因素与加热速度上限因素相同，其冷却速度下限需考虑炉温、母材和焊接区性能、再热裂纹的产生等；若冷却速度超过限定值，则会出现变形裂纹，还会产生残余应力，特别是对于一些结构复杂、变化大的部件，需要尤为注意冷却速度，若厚度很大则可采用200×25/t（℃/h）的冷却速度，其中t的含义为板厚。

1.2.6入炉出炉温度

其决定因素也需要考虑到变形裂纹、温度均匀性等，工艺中规定入炉出炉温度在400℃以下，具体温度需要根据结构件形状尺寸特点进行选择，避免残余应力的再生，有时甚至需要设置100℃以下的出炉温度去应对一些特殊场合。

2低温压力容器焊后热处理工程应用

现阶段国内生产的低温压力容器越来越多，以H2S吸收段进料氨冷器的壳程筒体为例，分析说明热处理效果。筒体材料为09MnNiDR，规格为φ1600×16×6 399 mm，设备类别为II类，主体结构为单层，设计温度为-45℃，要求对壳程筒体作焊后消除应力热处理。

2.1确定热处理工艺参数

入炉温度：≤400℃，升温速度55～220℃/h，保温温度：（570±10）℃，保温时间2～2.5 h，降温速度：55～280℃/h，出炉温度：≤400℃，冷却方式：空气中冷却，热处理后硬度HV（10）≤245（单个值）。

2.2热处理结果

依据上面所设定的工艺参数对壳体进行热处理，根据实际热处理曲线读出以下数据：加热速度为68℃/h，保温温度570℃，保温时间为2.5h，冷却速度为94℃/h：热处理后通过硬度计（型号TH110）测得硬度值如表1所示。

所测硬度值满足设计要求。

3结语

前文中提到低温压力容器焊后热处理具有一定的作用和意义，了解其处理方法和工艺，依照严格的工艺办法进行，就会达到良好的焊后整体热处理效果，当然其标准及规程中也还存在一些细节问题亟待完善，且监督其推广应用也是非常重要的。在实际工程中，热处理工作开始前，就需要针对产品结构性能，对热处理的各项参数进行设计，处理结束后还需要对各项参数进行复检，确定其符合要求，真正满足焊后热处理的效果。