压力容器设计制造中的热处理问题分析

刘红田 无棣信诺建设工程有限公司

压力容器作为工业生产的常用设备，压力容器的安全性和稳定性对行业生产效率有着直接影响，不管是任何形式的危险，都可能对工业生产造成严重的破坏。为了进行更加稳定高效地生产发展，压力容器的热处理必须落实到位，相关人员仔细区分金属材料性质，选择最佳处理方案，实现压力容器应用的最大效果，有效保障压力容器在各种工作环境下使用的安全性。

一、压力容器的概念以及重要性

压力容器是可以承受一定的压力的，可以用来装气体或者是液体的一种设备，他承受压力的等级也是不同的，而里面装的一些介质，有的是含有剧毒的，也有无毒的，压力容器的类型也是不同的，有非常多的种类。从现在的实际情况看来，压力容器的应用是十分广泛的，在一些领域中也有十分重要的作用，它有非常特殊的功能性，使用压力容器一定要非常的谨慎认真，如果稍微出现一点失误，就可能造成工作人员身体很大的损害，或者是出现一些财产的损失，这种破坏性是比较强的。所以在设计压力容器的时候，一定要从多方面考虑，要考虑到安全性和可靠性，这样才能够有效地保证生命的安全和财产安全。在进行设计压力容器的时候，要有专业的人员，因为涉及压力容器需要很强的专业性，工作人员要有比较强的专业知识能力和综合素养，不管是在选择材料方面，还是在结构方面，都要进行综合考虑。在安装压力容器的时候，操作人员一定要按照国家的标准进行规范的安装与操作，因为压力容器对于整个操作过程来说都是非常重要的，在设计过程中一定要进行充分的考虑，要提前做好设计方案，进行压力容器设计的时候，才能较好地减少安全隐患，提高压力容器的安全性。

二、压力容器设计制造中的热处理问题

（一）不锈钢及其热处理

不锈钢作为压力容器设计制造常用材料，具有耐腐蚀的优点。目前，将含Cr量大于10.5%且具有不锈性和耐酸性能的一系列铁基合金定义为不锈钢。不锈钢的分类方法很多，目前常用的是按照钢的组织状态分类，即马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体—铁素体双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢五类，压力容器设计制造中常用到下面三种不锈钢。

1.铁素体不锈钢

铁素体不锈钢的成分特点是高铬低碳，组织为单相铁素体。铁素体不锈钢在退火或正火状态下使用，强度较低、塑性很好。主要应用于对耐蚀性要求高而强度不高的工况，例如化工设备、容器和管道等。铁素体不锈钢在加热冷却过程中不发生相变，因而不能进行热处理强化，可通过加入Ti、Nb等强碳化物形成元素或经冷塑性变形及再结晶来细化晶粒。这类钢广泛应用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。

2.奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢的成分特点是低碳高铬镍，C含量大多在0.10%以下，组织为单相奥氏体。奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、冷热加工性及焊接性，高的韧性和塑性。典型钢号如Cr18Ni9型（即18-8型不锈钢），钢中常加入Ti或Nb以防止晶间腐蚀。其强度、硬度很低，塑性、韧性和耐蚀性均较马氏体型不锈钢更好。奥氏体不锈钢较适宜作冷成型，其焊接性能也较好。与马氏体型不锈钢比较，其机械加工（如切削）性能较差，当碳化物在晶界析出时，还会产生晶间腐蚀现象，应力腐蚀倾向也较大。奥氏体不锈钢常用的热处理为固溶处理，即加热到920℃~1150℃使碳化物溶解后水冷，获得单相奥氏体组织。对于含Ti或Nb的钢，在固溶处理后还要进行稳定化处理，即加热到850℃~880℃，使钢中Cr的碳化物完全溶解，而Ti或Nh的碳化物不完全溶解，然后缓慢冷却，使TiC充分析出，以防止发生晶间腐蚀。

3.铁素体—奥氏体双相不锈钢

铁素体—奥氏体双相不锈钢是一种由铁素体和奥氏体两相组成的不锈钢。固溶体中的铁素体和奥氏体含量为一半，少相含量在30%以上。这种钢增加Cr含量或添加其他铁素体成形元素，焊缝锈蚀和应力腐蚀裂缝倾向小，强度、韧性和焊接性好。与铁素体不锈钢相比，铁素体双相不锈钢具有高韧性、σ相脆性转变温度、高抗焊缝锈蚀性和高焊接性能等奥氏体和铁素体不锈钢的特点，但仍能保持470℃ 的脆性和相脆性。与奥氏体不锈钢相比，其强度水平较高，屈服强度是奥氏体不锈钢的两倍，抗焊缝锈蚀、抗应力腐蚀裂缝和抗腐蚀疲劳性能显著提高。由于上述特点，铁素体样奥氏体双相不锈钢的应用更为广泛。

（二）压力容器焊后热处理

为了消除压力容器焊接后的残余应力，有必要进行焊后热处理。热处理方法可分为精整热处理、局部热处理和分段热处理。在条件允许的情况下，采用全炉加热方式，在条件不允许的情况下，可采用分段热处理，但重复加热长度应控制在1.5m以上，相邻部位应保持温度，从而避免温度梯度对材料组织和性能的影响。焊接接头允许局部热处理，在进行局部热处理时，为了避免有害变形，可以扩大加热范围，还要注意控制温度梯度。

三、结束语

在压力容器生产制造过程中，热处理能有效改善材料性能，同时可有效减少压力容器在焊接过程中产生的残余应力，提高压力容器各类焊缝处的性能。随着化工等行业的发展，压力容器的应用场景越来越多，结构日益复杂，并且在工业中的应用地位越来越高。为了保障设备使用安全，延长其使用寿命，降低行业发展的成本消耗，在压力容器设计时要关注热处理问题。因此，压力容器设计过程中，性能以及材料都要进行严格检验。压力容器热处理的质量效果，直接影响着压力容器本身的质量效果和工作效率，因此，设计人员要掌握一定的专业知识和技能，选取合理的热处理方式，保障压力容器的使用性能。