奥氏体不锈钢压力容器封头开裂缺陷的分析

2019-11-29韩晶

商品与质量 2019年18期

韩晶

佳木斯市特种设备检验研究所黑龙江佳木斯 154000

在一个压力容器当中，封头和筒体都属于主要受压元件。一旦封头出现了质量问题，就会对于压力容器整体的安全性和稳定性造成影响。奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，此类不锈钢具备着较为突出的综合力学和工艺性能，加之其较好的抗腐蚀性能，且稳定性较高，因而目前已经被较为广泛的应用至压力容器制造领域当中。但就目前奥氏体不锈钢压力容器的实际使用情况来看，奥氏体不锈钢封头再制造和使用期间出现开裂问题的情况时有发生，这对于压力容器的安全性造成了严重的威胁。在下文中我们就具体对于奥氏体不锈钢封头开裂缺陷问题进行具体的分析。

1 奥氏体不锈钢开裂封头的特点分析

其一，出现开裂问题的封头通常是于室温下冷成型制作的，无论是冷冲压成型还是冷旋压成型都容易造成封头的开裂问题。冷成型简单来说就是指将实际制作所需要运用的工件材料再结晶温度以下进行塑性变形加工，同时，在常温情况下所开展的塑性变形加工也是冷成形，温成形很多时候一眼被看作是冷成型中的一种。奥氏体不锈钢冷成型的温度通常应当被调整至150℃以下。

其二，用于制造封头的材料普遍是较为稳定的亚稳态奥体氏不锈钢，此类不锈钢通常不具备磁性，在进行塑型的过程当中容易转化成为马氏体组织，为强化其性质往往需要经过冷加工处理。对于不同种类的奥氏体不锈钢而言，无论是在稳定性还是在实用性方面都存在着较大的差异[1]。

其三，奥氏体不锈钢压力容器封头的开裂位置通常处于过渡段、焊接段以及直边段，这意味着很多时候开裂部分的材料已经不再只是单纯的奥氏体，而是奥氏体与马氏体的结合组织。由于直边段的封头极其容易收到外力的干扰和影响，而过度区域收到的此种影响较为轻微。之所以会出现马氏体组织，究其原因主要是由于在冷却成型的过程当中，封头部分的材料出现了内部组织情况的变化而造成的。

2 奥氏体不锈钢压力容器封头开裂缺陷的处理

奥氏体不锈钢压力容器封头出现开裂缺陷，应当第一时间需要重新制作封头进行替换。同时，为了避免再度出现开裂情况，可以在奥氏体不锈钢封头成型之后做出恢复材料性能的热处理，也就是我们常说的固溶处理。对于奥氏体不锈钢材料进行固溶处理，具体来说就是将奥氏体不锈钢在进行高温加热之后，再调整至相应的温度进行保温，使其能够完全溶解于固溶体当中，待固溶体饱和之后，再通过冷却的方式获得饱和的固溶体[2]。

在进行封头部分的制作时，无论是压力容器的制造企业，还是封头部分的制造企业，都应当对于以下几点问题给予足够的重视。

其一，应当提前制备恢复材料性能热处理的试件，并及时对其进行检验与实际的评定。其二，部分压力容器可能需要对于腐蚀性物质进行加工，因此，必须确保压力容器的封头能够具备较高的耐腐蚀性，在具体进行热处理之前，必须及时清除封头表面的附着物，然后在进行酸洗和钝化处理。其三，在经过热处理前后，封头的大小可能会有所变化，必须避免这一问题的出现。

3 奥氏体不锈钢压力容器封头开裂缺陷出现的原因以及相应的预防策略

3.1 冷变形的强化

我们在上文中提到过，在对于奥氏体不锈钢进行加工时，通常会采用冷加工的方式。高温下金属的性质会发生一定的变化，在低温下也会如此。举例来说，金属在低温下很有可能会出现硬度、强度、韧性等多方面的变化，这也就是我们常说的冷作变化。

奥氏体不锈钢封头才进行冷成形的过程当中，其材料也会发生相应的变形，一旦出现晶格错位情况，材料的稳定性也会因而受到影响，即便材料的硬度有所提升，材料的塑性和韧性也很难得到保障。当冷变形情况发展至一定程度时，就很有可能造成封头开裂问题的出现[3]。

3.2 马氏体相变

马氏体相变，简单来说就是只替换原子无扩散切变，这很有可能造成封头形状的改变。塑型变形问题的出现会导致奥氏体不锈钢出现马氏体形变，奥氏体组织也会转变成为应变诱发马氏体组织。相对于奥氏体组织而言，尽管马氏体组织的坚硬程度有所提升，但随着来的，其脆性也会有所提升。当出现这两种组织并存的情况时，封头材料就会出现裂纹。

3.3 腐蚀环境的干扰

奥氏体不锈钢组织情况的变化加剧了电偶腐蚀的敏感度，因而奥氏体不锈钢压力封头在长期处于腐蚀环境下就会出现开裂情况。

3.4 奥氏体不锈钢压力容器封头开裂缺陷的预防策略

首先，在进行封头设计师应当充分考虑到哦试题不锈钢经过冷成型处理，容易出现性质变化等情况，更多的应用稳态奥氏体不锈钢。其次，当奥氏体不锈钢封头成型之后，应当重点关注过渡区以及焊接区的容易出现开裂情况的部位，一旦发现该处的组织出现变化，第一时间进行处理。最后，对于封头冷成型温度进行严格的把控，尽可能的避免奥氏体向马氏体进行转变。