奥氏体不锈钢在制造钢制压力容器时设计与工艺的重要性

夏红庆

摘 要：随着经济的发展压力容器在生活、科研、石油化工、轻纺以及食品等多个的应用范围十分广泛，由于在特定的使用的环境下比较复杂，具备了易燃、易爆等特点 ，在温度、压力及介质的综合作用下会导致设备失效损坏，发生事故。因此，为了确保压力容器工作的安全可靠状态，压力容器在制造过程中对材料的选择显得十分重要。

关键词：锅炉压力容器;材料选择;焊接质量

中图分类号：  TG142.71            文献标志码：A

压力容器用奥氏体不锈钢制造压力容器时选择材料非常重要，选材时综合考虑压力容器在制造过程中的冷热加工作用，还应该考虑内部介质、温度和外部介质、温度在环境中的作用要有相容性以及设备在使用过程中复杂情况，特别是介质的腐蚀问题具有重要意义，下面重点研究奥氏体不锈钢在锅炉压力容器选材的重要性[1]。

1 介质对奥氏体不锈钢材料的在正确选用重要性

在使用奥氏体不锈钢制造压力容器时，首先要了解压力容器在使用过程中的介质情况、温度情况、环境情况以及压力容器在制造成过程中制造成工艺来分析各类因素对奥氏体不锈钢在制造压力容器使用的影响，这样设计人员正确选用合适的材料来分析材料的特性，明确压力容器在制造、使用和今后的检验工作中的注意事项。

1.1 介质情况

要考虑介质特性对奥氏体不锈钢在使用过程中会产生的腐蚀，主要表现在腐蚀形态，表面作用对其钝化膜要求，一些介质因素能够使表面钝化膜发生破坏，例如有些活性阴离子（如氯、硫、氟、溴、碘等）。对奥氏体不锈钢的腐蚀一般表现为局部腐蚀，其主要腐蚀形态有点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀以及腐蚀疲劳，在设计时了解介质特性至关重要。

奥氏不锈钢依赖钝化膜而耐腐蚀，主要是用在氧化性或弱氧化性介质中，在还原性比较强的氧化性介质中绝大多数不锈钢不能使用，以防有晶间腐蚀。因此，对不锈钢制压力容器提出晶间腐蚀的检验要求。

一般地，对腐蚀性不强的电解质，如盐溶液、水等，随电解质溶液浓度增加，溶液的导电性增加，腐蚀也有所增长。对于非电解质溶液，如有机溶液，其腐蚀性一般随浓度增加而增加。

压力容器设备使用在浓硫酸环境中介质全部卸空后，容器壁残留的浓硫酸与空气中的水分子发生发应变会成稀硫酸，容器、管道等底部中沉积物中离子浓度增加等因素都可能导致意外腐蚀，所以结构设计中要避免死角，尽量使介质不处于静态，要在设计和使用中加以说明。

1.2 温度

温度对奥氏不锈钢在使用中腐蚀因素的影响也很大，不能由一个温度下的腐蚀速率去推断其他温度下的腐蚀率。例如，不同溶液在容器设备上的局部存在温差，这样它就会产生温差电池，使容器设备的高温部分遭受意外腐蚀。另外，温差过大，高温区温度超过许用温度极限，同样也会受到意外腐蚀。

1.2.1 设计温度的控制在制造压力容器时的重要性

设计时温度为-100 ℃～196 ℃时的铬、镍奥氏体不锈钢制造成压力容器时，要根据设计温度的要求选择合适的焊接工艺文件，同时制造压力容器的材料的含碳量要≤0.10%铬、镍奥氏体不锈钢，并且在相应的焊接工艺文件中注明焊缝金属的低温夏比冲击试验，在不高于设计温度下冲击功的吸收功≥31J。

1.2.2 设计温度的控制对奥氏不锈钢或低碳超低碳奥氏体不锈钢注意事项

如果压力容器制造时选用含Ni量较高的奥氏不锈钢或低碳超低碳奥氏体不锈钢，在晶间腐蚀环境下，奥氏体不锈钢制造压力容器时设计温度要考虑晶间腐蚀不利因素，要将不锈钢在制造压力容器时的设计温度控制在材料正常允许使用温度，当有冲刷腐蚀和腐蚀疲劳等不利因素时，还要考虑材料在正常允许使用温度的基础上，适当降低压力容器的设计温度。

1.2.3 奥氏体钢材使用温高于525℃温度下长期使用时设计温注意事项

奥氏体钢材使用温度高于525℃温度下长期使用时，钢中含碳量应不小于0.04%。如果使用不锈钢-钢复合板，使用温度范围应符合对基材和覆材使用温度范围的标准。

1.2.4 温度对奥氏体不锈钢钢板在固溶和稳定化处理时的重要性

碳在奥氏体中的溶解度随温度有变化而改变，在1 100℃时约固容0.08%～0.15%C，在450℃～850℃的温度范围内碳的溶解度低于0.02%。一般普通18-8不锈钢的含碳量≤0.12，进行固溶处理时加热到位1 100℃左右，碳化物相可全部溶解，这样碳就全部固溶于奥氏体中，奥氏体不锈钢在固溶状态和稳定定化处理状态下使时，在制造过程中经过600℃时的热加工，奥氏体不锈钢钢板，如果使用在晶间腐蚀环境下，就要重新进行固溶和稳定化处理工作。

1.3 环境情况

奥氏体不锈钢在制造压力容器时要有独立的生产加工场地，专用的加工设备，对材料采取相对的保护措施，材料的切割、坡口采用机械加工，有加热和热成型的压力容器产品要严格控制炉膛温和加工时的起始温度与终点温度，有晶间腐蚀要求的，热加工后应进行抗晶间腐蚀的检测，检测不符合抗晶间腐蚀要求的进行固溶或稳定化处理。

2 奥氏体不锈材料在制造压力容器和元件时采用机械成型应注意如下问题

2.1 奥氏体不锈钢如何选用正确的机械加工方法

奥氏体不锈钢在制造压力容器、封头、弯管等零部件时需要切割、坡口时应采用机械加工方法进行加工，当采用等离子切割方法下料、开孔、打坡口时要去除坡口处的氧化物直至露出金属光泽表面。

2.2 奥氏体不锈钢加工后进行抗晶間腐蚀试验的重要性

对有抗晶间腐蚀要求在制造压力容器、封头和弯管等零部件时，热加工后应进行抗晶间腐蚀试验，对加工成形后制造压力容器、封头、弯管等零部件材料不符合抗晶间腐蚀试验要求的要进行固容或稳定化处理。

2.3 控制起始温度与终至温度重要性

在制造压力容器、封头、弯管等零部件时应用不含氯的液态脱脂剂清除油脂和其杂质后进行加热加工或热处理工序，在热加工或热处理过程中使用加热炉炉膛的燃烧气应为中性或微氧化性，压力容器、封头和弯管等零部件当采用热成型时，应严格按照热处理规范和冲压工艺要求执行，严格控制炉内温度和冲压时的起始温度与终至温度。

3 压力容器设计人员在设计时要充分考虑材料选用重要性

现将经常使用到的材料的制造适用范围和焊接工艺焊材选用要求汇总如下，见表1。

4 结语

奥氏体不锈钢在压力容器设计、制造、使用过程中要求设计人员考虑经济性、合理性、适用性使压力容器设计既要符合国家规程、规范的同时要求也要设计参数、使用环境，冲分考虑到压力容器设计过程每一个环节，避免忽视细小问题看似不重要但在使用过程会出现重大隐患，所以要把设计计算与制造工艺程序标准规范的有机结合，使计算符合设计标准规范的要求，加工也能够保证安全可靠，在保证设计产品有充分的理论依据，还珍惜宝贵的镍资源，高效和合理使用不可再生资源。

参考文献

[1]俞扬.TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》部分修订内容介绍[J].化工机械，2017，44（6）：595-602，671.