奧氏體不銹鋼壓力容器封頭開裂缺陷的分析

韓晶

佳木斯市特種設(shè)備檢驗研究所 黑龍江佳木斯 154000

在一個壓力容器當中，封頭和筒體都屬于主要受壓元件。一旦封頭出現(xiàn)了質(zhì)量問題，就會對于壓力容器整體的安全性和穩(wěn)定性造成影響。奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，此類不銹鋼具備著較為突出的綜合力學和工藝性能，加之其較好的抗腐蝕性能，且穩(wěn)定性較高，因而目前已經(jīng)被較為廣泛的應(yīng)用至壓力容器制造領(lǐng)域當中。但就目前奧氏體不銹鋼壓力容器的實際使用情況來看，奧氏體不銹鋼封頭再制造和使用期間出現(xiàn)開裂問題的情況時有發(fā)生，這對于壓力容器的安全性造成了嚴重的威脅。在下文中我們就具體對于奧氏體不銹鋼封頭開裂缺陷問題進行具體的分析。

1 奧氏體不銹鋼開裂封頭的特點分析

其一，出現(xiàn)開裂問題的封頭通常是于室溫下冷成型制作的，無論是冷沖壓成型還是冷旋壓成型都容易造成封頭的開裂問題。冷成型簡單來說就是指將實際制作所需要運用的工件材料再結(jié)晶溫度以下進行塑性變形加工，同時，在常溫情況下所開展的塑性變形加工也是冷成形，溫成形很多時候一眼被看作是冷成型中的一種。奧氏體不銹鋼冷成型的溫度通常應(yīng)當被調(diào)整至150℃以下。

其二，用于制造封頭的材料普遍是較為穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)奧體氏不銹鋼，此類不銹鋼通常不具備磁性，在進行塑型的過程當中容易轉(zhuǎn)化成為馬氏體組織，為強化其性質(zhì)往往需要經(jīng)過冷加工處理。對于不同種類的奧氏體不銹鋼而言，無論是在穩(wěn)定性還是在實用性方面都存在著較大的差異[1]。

其三，奧氏體不銹鋼壓力容器封頭的開裂位置通常處于過渡段、焊接段以及直邊段，這意味著很多時候開裂部分的材料已經(jīng)不再只是單純的奧氏體，而是奧氏體與馬氏體的結(jié)合組織。由于直邊段的封頭極其容易收到外力的干擾和影響，而過度區(qū)域收到的此種影響較為輕微。之所以會出現(xiàn)馬氏體組織，究其原因主要是由于在冷卻成型的過程當中，封頭部分的材料出現(xiàn)了內(nèi)部組織情況的變化而造成的。

2 奧氏體不銹鋼壓力容器封頭開裂缺陷的處理

奧氏體不銹鋼壓力容器封頭出現(xiàn)開裂缺陷，應(yīng)當?shù)谝粫r間需要重新制作封頭進行替換。同時，為了避免再度出現(xiàn)開裂情況，可以在奧氏體不銹鋼封頭成型之后做出恢復(fù)材料性能的熱處理，也就是我們常說的固溶處理。對于奧氏體不銹鋼材料進行固溶處理，具體來說就是將奧氏體不銹鋼在進行高溫加熱之后，再調(diào)整至相應(yīng)的溫度進行保溫，使其能夠完全溶解于固溶體當中，待固溶體飽和之后，再通過冷卻的方式獲得飽和的固溶體[2]。

在進行封頭部分的制作時，無論是壓力容器的制造企業(yè)，還是封頭部分的制造企業(yè)，都應(yīng)當對于以下幾點問題給予足夠的重視。

其一，應(yīng)當提前制備恢復(fù)材料性能熱處理的試件，并及時對其進行檢驗與實際的評定。其二，部分壓力容器可能需要對于腐蝕性物質(zhì)進行加工，因此，必須確保壓力容器的封頭能夠具備較高的耐腐蝕性，在具體進行熱處理之前，必須及時清除封頭表面的附著物，然后在進行酸洗和鈍化處理。其三，在經(jīng)過熱處理前后，封頭的大小可能會有所變化，必須避免這一問題的出現(xiàn)。

3 奧氏體不銹鋼壓力容器封頭開裂缺陷出現(xiàn)的原因以及相應(yīng)的預(yù)防策略

3.1 冷變形的強化

我們在上文中提到過，在對于奧氏體不銹鋼進行加工時，通常會采用冷加工的方式。高溫下金屬的性質(zhì)會發(fā)生一定的變化，在低溫下也會如此。舉例來說，金屬在低溫下很有可能會出現(xiàn)硬度、強度、韌性等多方面的變化，這也就是我們常說的冷作變化。

奧氏體不銹鋼封頭才進行冷成形的過程當中，其材料也會發(fā)生相應(yīng)的變形，一旦出現(xiàn)晶格錯位情況，材料的穩(wěn)定性也會因而受到影響，即便材料的硬度有所提升，材料的塑性和韌性也很難得到保障。當冷變形情況發(fā)展至一定程度時，就很有可能造成封頭開裂問題的出現(xiàn)[3]。

3.2 馬氏體相變

馬氏體相變，簡單來說就是只替換原子無擴散切變，這很有可能造成封頭形狀的改變。塑型變形問題的出現(xiàn)會導致奧氏體不銹鋼出現(xiàn)馬氏體形變，奧氏體組織也會轉(zhuǎn)變成為應(yīng)變誘發(fā)馬氏體組織。相對于奧氏體組織而言，盡管馬氏體組織的堅硬程度有所提升，但隨著來的，其脆性也會有所提升。當出現(xiàn)這兩種組織并存的情況時，封頭材料就會出現(xiàn)裂紋。

3.3 腐蝕環(huán)境的干擾

奧氏體不銹鋼組織情況的變化加劇了電偶腐蝕的敏感度，因而奧氏體不銹鋼壓力封頭在長期處于腐蝕環(huán)境下就會出現(xiàn)開裂情況。

3.4 奧氏體不銹鋼壓力容器封頭開裂缺陷的預(yù)防策略

首先，在進行封頭設(shè)計師應(yīng)當充分考慮到哦試題不銹鋼經(jīng)過冷成型處理，容易出現(xiàn)性質(zhì)變化等情況，更多的應(yīng)用穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼。其次，當奧氏體不銹鋼封頭成型之后，應(yīng)當重點關(guān)注過渡區(qū)以及焊接區(qū)的容易出現(xiàn)開裂情況的部位，一旦發(fā)現(xiàn)該處的組織出現(xiàn)變化，第一時間進行處理。最后，對于封頭冷成型溫度進行嚴格的把控，盡可能的避免奧氏體向馬氏體進行轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)語

綜上所述，一旦奧氏體不銹鋼壓力容器封頭出現(xiàn)開裂情況，就會對于壓力容器的總體質(zhì)量造成嚴重的影響。在這篇文章當中，對于導致開裂情況的幾點原因進行了分析，并提出了幾點有效的預(yù)防措施。由于受到文章篇幅的限制，所呈現(xiàn)的內(nèi)容存在著一定的單一性，在今后的發(fā)展過程中，仍然需要開展更為深入、精準的分析研究。