化工設備設計中904L 的應用

王奕博

（中石油吉林化工工程有限公司，吉林 吉林 132001）

化工設備在日常生產及使用過程中，會接觸很多氣體或流體的化學試劑，這些化學試劑通常具有較強的腐蝕性，為保障化工設備的使用安全與化工人員的生命安全，就必須選用腐蝕性較強的材料，以提高化工設備的安全性、可靠性以及耐用性。

1 904L 不銹鋼概述

常見的904L 不銹鋼板有冷軋不銹鋼板、熱軋不銹鋼板、精軋不銹鋼板三種類型。904L 不銹鋼板具有較好的活化-鈍化轉變能力，化學性能較為穩定。普通不銹鋼板材在使用過程中，會與醋酸、磷酸、硫酸等非氧化性酸發生化學反應，出現腐蝕，嚴重的還會導致化學設備的損壞，危害化工人員的生命健康。而使用904L 不銹鋼板材制作的化工設備，在性能上要優于普通不銹鋼板材制作的化工設備，不會與化學試劑發生反應，具有較強的耐酸性、耐腐蝕性以及抗應力腐蝕破裂能力，在長時間的使用中，不會輕易出現化學設備損壞的情況。其次，904L 不銹鋼中的碳元素含量非常低，幾乎不存在碳化物析出問題，因此，在對其進行熱處理和焊接時，不會出現因碳化物析出而導致的晶間腐蝕。另外，904L 不銹鋼中的鉻鎳鉬較高，且還含有一定量的銅元素，這使得904L不銹鋼即使處在還原性較高的硫酸或甲酸試劑中，也能具備較好的腐蝕性。

2 在化工設備設計中提高904L 性能的有效措施

2.1 減少熱裂紋的產生

904L 不銹鋼在焊接過程中容易出現熱裂紋，多為橫向弧坑裂紋、熱影響區裂紋、焊縫縱橫裂紋等，這會對904L 不銹鋼的性能產生一定的影響，降低化工設備的耐腐蝕性和安全性。其中，弧坑裂紋又包含凝固裂紋，這種凝固裂紋主要出現在化學設備接頭的焊接區域，導致弧坑裂紋產生的原因主要有兩個方面：

（1）由于904L 不銹鋼屬于奧氏體不銹鋼，導熱系數相對較小，膨脹系數較大，在對其進行局部焊接的過程中，如果焊接接頭的溫度偏高且維持時間較長，會使焊接區域的金屬與臨近焊接縫區域的金屬間產生差距較大的拉伸應力與拉伸應變，且這種差距還會在后期冷卻以及凝固過程中再次出現，進而導致凝固裂紋的出現。

（2）904L 不銹鋼焊接后，會在焊接區域內形成具有較強方向性的柱狀晶組織，如果參與焊接的材料本身含有的元素較雜，還容易形成液態膜，在這種情況下，也會導致凝固裂紋的產生?；诖?，化工設備設計師在對化工設備進行設計時，必須根據化工設備后期的化學試劑使用情況對904L不銹鋼的焊接進行設計，合理選擇焊接用材料，將焊接材料的硫、磷元素含量控制在一定范圍內，或選用雙相焊絲或氫型焊條，擾亂柱狀晶組織的生長方向，避免液態膜的產生。同時，還要合理選用焊接技術，縮短焊接區域的高溫時間和冷卻時間，減小焊接區域金屬與焊接周邊區域金屬間的拉伸應力與拉伸應變的差值，必要時，可以采用先磨后焊的焊接工藝，對需要進行焊接的接口進行拋光打磨，防止接口處堆積的灰塵、碎屑等雜質影響焊接質量，產生弧坑裂紋。最后，在焊接的過程中，不能隨意擺動焊條，并盡可能使用收弧板和引弧板對焊接母材進行輔助焊接，防止焊接弧坑的產生。

2.2 確定904L 的焊接處理方法

在化工設備安裝中，通常采用鎢極氬弧焊或手工電弧焊等焊接工藝對904L 不銹鋼進行焊組裝。為保障化工設備的安裝質量，設計人員必須在設計的過程中，對焊接用的焊接母料、焊條、焊絲等材料的規格進行明確規定。通常情況下，如果選用焊絲或焊條作為焊接材料，就必須保障焊絲或焊條中的鉬元素要高于焊接母料中的鉬元素含量。為此，可以選用型號為E385-17 或E385-16 的焊條，或型號為ER385-17的焊絲。部分化工設備在進焊接前，無須對所選用的焊接材料進行預熱處理，但作業環境溫度通常相對較低，需要焊接人員事先對焊接區域和焊接周邊區域的進行預熱，防止水蒸氣凝聚影響焊接效果。如果采用手工電弧焊接的方式對化工設備進行焊接，必須確保所選焊接板材與焊條直徑符合要求，當焊接板材厚度為6mm 時，焊條直徑不能超過2.5mm，當焊接板材厚度超過6mm 時，焊條直徑應在2.5 ～3.2mm 范圍以內；如果選用鎢極氬弧焊對化工設備進行焊接，可以選用與焊接木材同樣性質的焊條或焊絲作為焊接填充材料，并在焊接后對焊接縫隙進行酸洗鈍化處理。最后，部分化學設備在完成焊接后，還需要進行對應的焊后熱處理，將焊接區域均速加熱到1075 ～1125℃后，進行快速冷卻，確保焊接區域的整體性。

2.3 制定好焊接坡口尺寸與保護措施

化工設備焊接口的設計，通常采用機械加工的方式對焊接坡口進行處理，按照坡口對接間隙的大小來確定坡口角度。通常情況下，為保障焊接接口與根部熔合的緊密型，降低焊接縫厚度，可以采用碳弧氣刨焊等焊接方式，選用合適的焊條對焊接區域進行填充，防止弧坑裂紋或収縮孔的出現。如果焊接完成后，焊接區域出現弧坑裂紋或収縮孔，則應用磨光機對該區域進行打磨拋光，而后重新用焊條進行焊接，直至不在出現弧坑裂紋或収縮孔為止。在對多層不銹鋼進行焊接時，首先，要去除焊接母材表面與夾層間的灰塵和雜事，保障焊接區域的光潔干凈，防止灰塵、雜質等物質融入焊縫，降低化工設備的耐腐蝕性。同時，用氬氣對高溫焊道和高溫熔池進行有效保護，避免焊接縫隙發生金屬氧化，而后在進行焊接前，還要對焊接坡口兩側進行二次清潔，選用CCl4或丙酮試劑擦洗坡口兩側和焊接用焊條、焊絲，去除焊接部位的氧化膜、油污等表面雜質，防止因清潔不凈而導致的焊接缺陷。

2.4 確定檢測步驟

904L 不銹鋼在焊接的過程中，不可避免地會出現大小不一的裂紋，在對其進行檢測時，可以根據裂紋的紋路距離、攝入角度、開口寬度、裂紋方向等因素進行有效判斷。多采用超聲檢測的方式對904L 不銹鋼裂紋進行檢測。由于904L不銹鋼產生的熱裂紋在檢測中容易受雜質的影響，為確保檢測結果的準確性，必須在檢測前對焊接接頭及周邊檢測區域表面進行清理打磨，選用不留打磨痕跡的細砂輪片去除表面油污、氧化物、毛刺等雜質。設計人員通常將熱裂紋的檢測步驟，放在焊接工作完畢后，這可以將外界因素對焊接縫隙質量的影響降到最低，并及時發現焊接部位存在的隱患，然后，再對焊接區域進行調整，提高化工設備的焊接質量。

2.5 選用904L 不銹鋼鋼復合材料

由于904L 在充氣、海水等條件下仍舊具備良好的抗腐蝕性，因此，常被作為鈦合金、鎳基合金以及其他貴重金屬的替代品。但904L 不銹鋼成本較高，為降低成本，人們往往會選用含有904L 不銹鋼的復合材料作為化工設備生產安裝材料。在904L 不銹鋼復合材料的選用上要注意以下幾點：（1）904L 不銹鋼復合材料由于904L 不銹鋼含量的不同，在抗應力腐蝕性能及抗點蝕性能上有著較大的差異。如果化工設備在后期使用中需要頻繁接觸大量腐蝕性較強的化學試劑或流體試劑，則應選用904L 不銹鋼含量較高的復合材料。反之，應選擇含量較低的904L 不銹鋼復合材料。對此，設計人員應根據化工設備的實際使用情況，合理選擇含量最佳的904L 不銹鋼復合材料。（2）在對904L 不銹鋼進行焊接時，焊條、焊絲、焊接口角度、焊接方法以及熱處理工藝等方式的選擇，都會或多或少地對焊接質量產生影響。因此，就必須根據化學設備的實際需求，對其進行逐一明確，并在實際的化學設備焊接中，嚴格按照設計方案的要求對904L 不銹鋼復合鋼板進行焊機。（3）在對904L 不銹鋼復合鋼板的過渡層進行焊接時，必須先對鋼板的基層與覆層進行處理，避免基層母材與復合層間存在復合不良的情況，進而導致基層母材與復合層出現分層情況，影響化工設備的使用質量。

3 結語

綜上所述，904L 不銹鋼作為化工設備設計的核心要素，必須在保障化工設備焊接質量的基礎上，對904L 不銹鋼的焊接工藝與方法進行合理選擇，以此提高化學設備的耐腐蝕性與耐用性，并在不斷的研究與探索中，對904L 不銹鋼在化工設備設計中的應用進行創新和優化，最終提高我國化工設備的設計水平。