雙相不銹鋼的特性及其在壓力容器制造中的技術應用

包增成

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院常州分院

關鍵詞：煉化裝置中極為重要的設備就是壓力容器，而裝置的生產效率受其性能制約。因此，壓力容器的生產材料與制造技術就是其核心。雙相不銹鋼突出的性能，使得其被廣泛運用制造耐腐蝕壓力容器上。本文闡述雙相不銹鋼概況、雙相不銹鋼特性及在壓力容器制造當中雙相不銹鋼技術的應用，以大力推廣雙相不銹鋼的運用。

關鍵詞：雙相不銹鋼；壓力容器；設計制造；技術

過去使用普通碳素鋼和低合金鋼生產壓力容器，生產出的容器缺少足夠的耐應力與耐腐蝕性能，以致常常引發泄漏，對正常生產造成嚴重影響，生產效率低下。而雙相不銹鋼抗腐蝕與抗孔蝕性能強，屈強度高，塑性能力強，有著不錯的低溫沖擊性，較大的導熱系數，較小的線膨脹系數與熱裂傾向，焊接性能高。目前，化工、石油工業、煤氣、海洋等領域廣泛使用雙相不銹鋼。

一、雙相不銹鋼概況

雙相不銹鋼又稱為奧氏體--鐵素體不銹鋼，是把體積分數為45%-65% 的鐵素體與體積分數為65%-45% 的奧氏體相結合而成。雙相不銹鋼有較高的強度與耐應力腐蝕性，對晶間腐蝕的靈敏度不高。相關研究顯示，若對雙相不銹鋼化學成分范圍進行更加嚴格控制，生產出材料的耐腐蝕性能也就會越高，還可以降低金屬間有害相的析出。

二、雙相不銹鋼特性

（一）組織構造

構成雙相不銹鋼的材料中，鐵素體與奧氏體相各占一半的比例，通常體相的最低含量不得低于35%。

（二）抗腐蝕性

Mo、Cr和N元素含量決定了鋼材的抗點蝕和縫隙腐蝕性能。雙相不銹可以很好抵抗耐氯化物的應力腐蝕，溫度在60 ℃之上時，304 L和316 L的SCC應力腐蝕開裂傾向不會出現在雙相不銹鋼材上。

（三）生產壓力容器的優點

雙相不銹鋼擁有極強的抗腐蝕性能，使其成為生產壓力容器材料的最大優勢。

雙相不銹鋼強度超過奧氏體不銹鋼的2.5倍，可以大大減少厚度、成本與消耗的焊接材料，可以減輕工作量，縮短探傷時間，大幅度下降設備重量。就大型設備來說，可以大為節省運輸與安裝費用，有著不錯的經濟效益。

三、雙相不銹鋼運用到壓力容器生產中

（一）檢測壓力容器生產材料

要保證生產壓力容器材料質量與規格滿足國家與行業標準。生產壓力容器的鋼材要可以提供鋼材生產單位出具的鋼材質量證明書。生產單位根據質量證明書，驗收生產鋼材。針對選用雙相不銹鋼生產壓力容器，要復驗材料，以確保容器的可以安全使用。

第一，檢測所選用的材料的化學成分。雙相不銹鋼中通常含有以下元素：錳、磷、硫、鉬、硅、鉻、碳、鎳等，需要檢測上述元素是否達到標準，以決定可否用于生產當中。若需要對材料進行熱處置時，只許可對原材料執行一次固溶處置，即把材料放入1050℃-1150℃水中進行水淬。其次，利用顯微金相法測定管、板母材面積的百分含量來檢測材料的相比例，檢測結果需要滿足GB6410標準，雙相不銹鋼中鐵素體相含量需要保持在45%～65%之間。再接著，根據參考標準，測試管、板材的耐晶間腐蝕與耐點蝕能力，點蝕測試溫度必須保持大35℃以上。設計過程中，工程項目有著嚴格有要求，對于管、板材的力學能力、管材尺寸大小等。所以，測試人員需要測試以上項目，以保證材料符合生產要求。

（二）冷熱加工方法

可以采用熱加工方法加工雙相不銹鋼，但是加工溫度受到約束。執行熱加工時，會引起碳化物和氮化物的產生，使金相組織發生改變，其耐腐蝕性下降。所以，執行熱加工后，需要對雙相不銹鋼采取固熔熱處置。設備的零件與部件可以采用冷加工方法，但是冷作硬化現象比較突出，因此，進行冷加工材料時，需要最大化的降低變形次數，減輕工序量，縮小工序間的對接時間。

（三）焊接流程

1.焊接工序特色

凝固結晶的單相鐵素體存在于雙相不銹鋼當中，由此其具有不錯的焊接性能，無需進行焊接前進行預熱和焊接后進行熱處理。材料厚度在12mm以上時，建議焊接前的預熱溫度的最高值為100℃，各層之間的預熱溫度把握在155℃-210℃之間。如果焊接之后，需要執行固溶熱處理時，各層之間溫度不受約束。Cr23、Cr22、Cr18型等幾類鋼有著較小的478℃ 脆性和s相脆化傾向，雙相組織比較穩定，有著不錯的焊接性能，焊接之前可以無需預熱，焊接之后也不需要進行熱處理。雖然Cr25型有著不錯的焊接性能，但是當其包含Mo時，478℃脆性傾向就會變得較為明顯，s相脆化傾向也會出現，因此，很有必要對焊接操作進行嚴格把控。

一般的約束限制下，焊縫金屬的熱裂紋的敏感度不高，雙相組織比例適中時，焊縫金屬的熱裂紋的敏感度也會不高。但是，當約束限制過大和焊縫金屬的氫的含量過大時，就有可能出現焊接氫致裂紋。所以，在選擇焊接村料與操作焊接時，需要把握氫的源頭，在開始焊接前進行預處置。

2.焊接工序關鍵點

（1）焊接手段與材料

通常選用手工電弧焊或氬弧焊。焊接中、厚鋼板一般選用手工電弧焊，焊條選擇A314和AO24Si牌號。上述兩種焊條焊接薄板或中厚鋼板時，不需要進行焊接前的預熱，焊接之后也無需執行熱處置。焊接薄板一般選用氬弧焊，可選擇母材金屬作為填充焊絲。

（2）選擇小的熱輸入操作焊接，也就是，在確保焊接質量基礎之上，焊接 電流選擇較小的，焊接速度挑選較快的。執行窄焊縫多焊道，各層之間溫度在100℃以上，操作焊接時，禁止橫向擺動焊條，以降低與避免單相鐵素體組織和粗大晶粒產生于焊縫和熱影響區中。

（3）與奧氏體不銹鋼焊縫不同之處在于，需要最先焊接接觸腐蝕介質的焊縫，把最后一道焊縫挪到非接觸介質的那一方。這樣操作的最終目的就是借助厚道焊縫，熱處置原先焊縫，讓處在原先焊縫與熱影響區的部分單相鐵素體組織轉變成奧氏體組織。

（4）若需要最后焊接接觸介質的焊縫，就需要在原先焊縫上補加一道焊縫上。待焊接流程全部完成后，務必清除補加的那道焊縫，即：熱處置接觸介質焊縫。

結束語：

正常壓力容器生產與確保壓力容器質量的核心就是雙相不銹鋼壓力容器的設計。所以，在設計壓力容器時，眾多技術務必要滿足要求，防止出現設計不當而引發無法生產壓力容器，對其質量與工業生產帶去影響。設計人員主要職責就是保障壓力容器的各項指標達到設計標準，除了壓力容器質量要滿足設計標準外，生產壓力容器當中，生產技術也一樣滿足各項標準。雙相不銹鋼生產壓力容器，提高了壓力容器的耐應力、耐腐蝕性與抗點蝕的能力，大大降低壓力容器泄漏現象的出現頻率。壓力容器必性能與質量的提升，一方面依賴于選取恰當合適的生產材料，另一方面得益于壓力容器的設計與生產符合工程的使用標準。從而增加壓力容器的使用壽命，使用時間得以延長。但是，在使用壓力容器時，還需要密切注意觀察潛在的問題：但是，在使用壓力容器時，需要關注一些情況，比如：燒穿壓力容器管壁，黑點出現在管壁上等，主要目的在于最大程度地延長壓力容器使用年限。

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