壓力容器設(shè)計(jì)中熱處理問題分析

劉文慶

（大慶油田工程有限公司，黑龍江 大慶 163712）

1 熱處理技術(shù)所應(yīng)用的原理

金屬熱處理是將金屬工件放置到特定介質(zhì)完成適宜溫度的加熱并維持一定時(shí)間，將不同冷卻溫度方法應(yīng)用到該工藝中。作為機(jī)械制造之中重要工藝之一的熱處理技術(shù)與其他工藝相比具有一定特點(diǎn)：不會(huì)改變工件的形狀和化學(xué)組分，只需要改變工件表面位置的纖維組織和化學(xué)成分就能夠改變其使用性能。為使工件具備所需要的各方面性能，除了對各種成型工藝和材料進(jìn)行合理選用之外，熱處理工藝還具有必不可少的特點(diǎn)。

金屬熱處理工藝是先加熱、后保溫以及最后進(jìn)行冷卻的過程，該過程具有互不銜接和不可間斷的特點(diǎn)。熱處理過程中的加熱屬于極為重要的工序，其方法比較多，通過對加熱溫度進(jìn)行有效的選擇和控制能夠使熱處理的整體質(zhì)量得到充分的保證。金屬材料熱處理目的不同會(huì)使選擇的加熱溫度存在差異，一般是金屬材料加熱到相變的溫度，隨后獲取高溫組織。退火冷卻過程的速度最慢，真火冷卻的速度比較快，淬火冷卻的速度最快。

2 壓力容器焊后進(jìn)行熱處理的意義

設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，要結(jié)合給定的工作條件和工藝尺寸，詳細(xì)分析制造和安裝檢修等方面要求，準(zhǔn)確分析壓力容器之中元件的應(yīng)力和荷載，并對合理的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行選擇，并且保證強(qiáng)度尺寸所具有的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。其經(jīng)常在較為苛刻的操作條件下進(jìn)行長期和連續(xù)的工作，極有可能在壓力容器出現(xiàn)失效或者零件出現(xiàn)破壞的情況下造成整個(gè)裝置停工，使國家和人員的財(cái)產(chǎn)與安全遭受嚴(yán)重影響?；诖耍枰獙κ突瘜W(xué)等工業(yè)生產(chǎn)過程中容器的長期安全運(yùn)行給予充分的保障，針對壓力容器安全性造成影響的關(guān)鍵在于所選材料的材質(zhì)，而金屬材料的性能不僅和金相以及化學(xué)成分有較大聯(lián)系，并且還和熱處理的狀態(tài)有直接聯(lián)系。

3 熱處理過程中的主要程序與技術(shù)處理要點(diǎn)

在應(yīng)用金屬原料制造壓力容器時(shí)會(huì)明顯降低金屬的基本性能，要使金屬的基本性能得到一定的回復(fù)，正常情況下，進(jìn)行熱處理期間需要對壓力容器進(jìn)行一定的處理。壓力容器熱處理需要經(jīng)歷加熱和冷卻2個(gè)步驟，一些特殊的容器因?yàn)樗x材料的特殊性，還需要對保溫環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在加熱處理期間需要對以下幾個(gè)操作要點(diǎn)給予重視。（1）需要注意加熱期間所采用的熱量來源，因?yàn)閭鹘y(tǒng)熱處理期間使用的并不是先進(jìn)設(shè)備，一般是燒煤和燒炭等老式的加熱方法；（2）加熱期間對溫度的控制，不同容器的金屬材料在加熱溫度上也存在一定區(qū)別，需要結(jié)合具體情況來調(diào)節(jié)溫度，為熱處理效果提供保障；（3）對完成加熱的容器進(jìn)行保護(hù)處理，經(jīng)過加工后的金屬直接暴露在空氣之中極易發(fā)生氧化反應(yīng)，因此在加熱期間要盡可能降低空氣含量，或者適當(dāng)應(yīng)用一些有效的方法來保護(hù)容器。

4 熱處理期間奧氏體不銹鋼所需注意的問題

奧氏體不銹鋼內(nèi)部機(jī)構(gòu)的韌性一般比較強(qiáng)，還具有較強(qiáng)的形變性質(zhì)和適應(yīng)能力。相比于其他金屬原料，除了容器性能比較正常之外，價(jià)格相對比較低，使用過程也更為方便，大多不需要再進(jìn)行熱處理程序，然而在實(shí)際操作期間經(jīng)常需要提高個(gè)別性能。在熱處理期間，對溫度控制和操作技術(shù)水平有一定的要求，技術(shù)人員必須提前了解容器使用方法，了解容器的內(nèi)部裝載物性質(zhì)和使用條件，再制定和選擇合理的熱處理方法，針對特殊情況，可以結(jié)合不同的需求進(jìn)行冷卻和加熱等方面的溫度調(diào)控實(shí)驗(yàn)，使熱處理能夠達(dá)到最為理想的效果。

5 需要進(jìn)行熱處理的液氨容器所應(yīng)該滿足的條件

液氨壓力容器在內(nèi)部應(yīng)力作用之下易出現(xiàn)形變和裂痕，最終造成液氨泄漏，并且引發(fā)較為嚴(yán)重的工業(yè)事故。為降低壓力對液氨壓力容器影響，就要對容器進(jìn)行熱處理。對液氨容器進(jìn)行熱處理時(shí)必須滿足以下幾個(gè)情形中的一點(diǎn)或者幾點(diǎn)：

（1）在具有較高液氨濃度時(shí)，考慮到液氨的腐蝕性較強(qiáng)，極有可能對金屬容器造成一定的腐蝕，而且濃度越高腐蝕性越強(qiáng)，因此需要在進(jìn)行熱處理之前做好準(zhǔn)備工作。

（2）要保證液氨的含水量，若未達(dá)到0.2%，必須進(jìn)行熱處理作業(yè)。

（3）容器儲(chǔ)存環(huán)境溫度不足時(shí)大概率會(huì)引發(fā)液氨事故，需要重視溫度過高后的有效處理。

（4）針對應(yīng)力強(qiáng)的金屬材料結(jié)構(gòu)實(shí)施有效的熱處理。

6 復(fù)合板容器在進(jìn)行熱處理期間需要重視的項(xiàng)目

與一般金屬材料容器有一定的相似性，在對復(fù)合板容器進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)該具備的基本條件包括以下幾點(diǎn)。

（1）需要對熱處理操作期間的環(huán)境空氣量進(jìn)行控制，在條件允許的情況下盡可能選擇真空環(huán)境。

（2）需要對加熱和冷卻期間的溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

（3）針對不同材料需要進(jìn)行的熱處理操作存在差異。

（4）復(fù)合板容器在進(jìn)行熱處理時(shí)需要結(jié)合自身的特點(diǎn)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行操作：①需要考慮復(fù)合板的材料包括多種化學(xué)材料，所有的材料在抗熱性和可塑性等性質(zhì)上存在一定區(qū)別，因此在對熱處理參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)所需要考慮的內(nèi)容就比較全面，結(jié)合所有涉及的因素制定科學(xué)的熱處理計(jì)劃，并且對于溫度進(jìn)行調(diào)整和控制；②科學(xué)選擇與材料熱相符的處理加工工藝，加熱過程中應(yīng)用正火工藝能夠使材料的抗腐蝕性能得到強(qiáng)化，應(yīng)用淬火加工工藝則可以使材料的強(qiáng)度得到充分強(qiáng)化。

7 在壓力容器所使用代用材料期間進(jìn)行熱處理的方法

個(gè)別制造企業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)會(huì)因?yàn)殡y以對與設(shè)計(jì)需求相符的材料進(jìn)行選擇而應(yīng)用一些其他厚度的材料，比如以薄代厚或者以厚代薄之類的問題。特別是針對薄材料用厚材料代用期間，要充分考慮所選的代用材料與熱處理之中的要求是否相符，并且依照國標(biāo)150.4—2011之中的第8.1.1條內(nèi)容的要求將鋼板冷成型受壓元件，在和下面條件之中任何一個(gè)相符的情況下，應(yīng)用成型之后需要進(jìn)行相應(yīng)的熱處理對材料所具有的性能進(jìn)行恢復(fù)。

針對焊后熱處理的方法。焊后的熱處理方法主要包括以下幾點(diǎn)：結(jié)合整體的熱處理可以將其分為爐內(nèi)和整體的熱處理，還包括分段和局部2種熱處理方法。在對爐內(nèi)整體實(shí)施熱處理時(shí)，會(huì)在密封的爐中放置整個(gè)壓力容器。對受壓元件或者容器還要做出有效的熱處理時(shí)，必須優(yōu)先使用爐內(nèi)整體熱處理的方法。在儲(chǔ)存容器和高壓反應(yīng)容器里可以裝混合液化氣，對移動(dòng)式壓力容器和臥式儲(chǔ)罐應(yīng)用爐內(nèi)整體熱處理方法。基于此，設(shè)計(jì)人員需要對場地和材料等實(shí)際情況進(jìn)行充分的考慮，認(rèn)真編制圖紙，標(biāo)注好圖紙中所應(yīng)用的熱處理方法類型，提出一些具有針對性和方向性的熱處理建議。

8 結(jié)語

壓力容器的熱處理屬于較為復(fù)雜的工藝操作過程，并且會(huì)對容器性能能否更好地恢復(fù)產(chǎn)生直接的影響。一般為了提高容器抗腐蝕性和耐用性，會(huì)在容器焊接完畢后進(jìn)行熱處理。進(jìn)行熱處理加工時(shí)，要結(jié)合金屬材料屬性來對加熱工藝和溫度加以選擇，對于技術(shù)操作人員的要求相對比較高，只有對熱處理技術(shù)的操作方法進(jìn)行合理有效的利用后，才可能將其所具有的功效在最大程度上發(fā)揮出來。