熱處理技術在壓力容器設計中的應用探析

岳 偉

（宜興市三木化工裝備有限公司，江蘇 宜興 214258）

壓力容器在工業生產中占據重要地位， 它廣泛應用與石油化工、能源、軍工等領域，主要用于盛裝有毒氣體或腐蝕性液體，承受較大的壓力，因此危險性較強，是工業生產中比較常用的特種設備。 壓力容器的設計作為一項專業性十分強的設計工作，需要設計者對壓力容器的材料選擇到結構設計、受力分析、強化措施、制造安裝的操作方便以及檢驗、使用、維護等等都要全盤考慮，綜合設計。 由于壓力容器使用環境和使用工況的特殊性，在高壓和腐蝕性液體、氣體環境中，壓力容器的金屬和焊縫要求較高。 在壓力容器中應用熱處理技術，將壓力容器的金屬材料或焊接縫通過溫度的改變，改善其性能，將金屬或焊縫中的不穩定因素通過高溫改變，使金屬材料的性能得到最大的優化，從而保證壓力容器的安全系數。 本文主要從以下幾個方面探析熱處理技術在壓力容器設計中的應用。

1 奧氏不銹鋼制造的壓力容器熱處理設計

所謂奧氏不銹鋼是指在使用狀態基體組織為穩定的奧氏體的不銹鋼。 具有很高的耐蝕性，良好的冷加工性和良好的韌性、塑性、焊接性和無磁性，但一般強度較低。 奧氏不銹鋼由于含Mo、Cu 等元素，耐腐蝕性、耐酸性較好，因此廣泛應用與壓力容器的加工制造。 許多壓力容器設計者認為采用奧氏不銹鋼設計制造的壓力容器在焊接過程中， 由于焊縫的穩定性較差，焊接后壓力容器的母體材料的韌性發生了變化，同時為消除焊接后的殘余應力應當對采用奧氏不銹鋼加工制造的壓力容器進行熱處理。 而實際上，由于奧氏不銹鋼的材料結構是面心立方體結構，具有較好的韌性。 同時，由于采用奧氏不銹鋼加工制造的壓力容器由于材料價格昂貴和實際使用需要的考慮，奧氏不銹鋼的厚度一般都較小，因此在焊接過程中不會產生較大影響，對不銹鋼母體的韌性影響不大，由于奧氏不銹鋼的塑性和韌性較好，焊接殘余應力不強，冷卻后材料的硬化后果較低，因此不需要對以奧氏不銹鋼為材料制造的壓力容器進行熱處理。同時由于常規消除應力的熱處理的溫度在610 攝氏度左右，保溫約2 小時，而根據奧氏不銹鋼的特性，在400 至800 攝氏度的溫度范圍內，奧氏不銹鋼緩慢冷卻的過程中會導致材料結構分子間的腐蝕，形成不銹鋼過敏化。

2 復合板壓力容器熱處理設計

復合板壓力容器的焊后熱處理設計十分重要。 通常對復合板壓力容器的基層材進行焊后熱處理時，也必須相應地對壓力容器的本體進行焊后熱處理。 在實施熱處理之前，必須充分考慮不同的復層材料的熱力學性能，考慮熱處理對各自的影響程度。 由于復合板的耐腐性性可能在熱處理后有所變化，在設計過程中要充分考慮。 采用不銹鋼復合板材料制造的壓力容器進行焊后熱處理時極易對焊接接頭造成碳化影響，可能對復層性能造成損害，尤其是材料的耐腐蝕性能和力學性能，如果不處理好，將會為以后的使用過程中留下安全隱患。[1]因此在選用復合板時可以根據實際需要選擇超低碳復層材料，并有選擇性地對焊后的壓力容器進行熱處理，并根據實際需要控制保溫時間，保證復合板的熱處理性能。

3 壓力容器焊后熱處理的設計

壓力容器的焊后熱處理主要有整體熱處理、局部熱處理、分段熱處理等方式，其中整體熱處理又包含整體熱處理和爐內整體熱處理兩種方式。 在進行整體熱處理時，爐內整體熱處理將壓力容器整體至于高溫爐內加熱，這種熱處理方式適合應用與需要對壓力容器整體或受壓元件需要進行熱處理時使用。 對于盛裝混合氣體、液體乳液化石油氣的儲罐或移動罐都應當優先考慮爐內整體熱處理。[2]此外，設計者還應當根據壓力容器的使用工況和盛裝的氣體、液體的特性、使用環境，選擇合適的壓力容器熱處理方法。 在設計過程中，要明確熱處理方法，并提出熱處理加工的技術要求和指導性建議。

4 結論

總之， 熱處理技術作為壓力容器設計制造過程中的重要工藝， 在改善金屬性能和焊縫應力消除上具有不可替代的作用，壓力容器設計者應當綜合考慮制造材料的性能、介質的特性、焊接、使用工況等綜合考慮熱處理的設計方法。

[1]鄭秀芳,范聞捷.壓力容器設計中的熱處理問題.遼寧化工,2011,40(1)

[2]申長吉.壓力容器設計過程中常見的問題分析[J].自動化應用，2010（08）

[3]付衛賓.探討壓力容器設計中的熱處理問題[J].中國石油和化工標準與質量，2012(03)