奧氏體不銹鋼在制造鋼制壓力容器時(shí)設(shè)計(jì)與工藝的重要性

夏紅慶

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展壓力容器在生活、科研、石油化工、輕紡以及食品等多個(gè)的應(yīng)用范圍十分廣泛，由于在特定的使用的環(huán)境下比較復(fù)雜，具備了易燃、易爆等特點(diǎn) ，在溫度、壓力及介質(zhì)的綜合作用下會(huì)導(dǎo)致設(shè)備失效損壞，發(fā)生事故。因此，為了確保壓力容器工作的安全可靠狀態(tài)，壓力容器在制造過(guò)程中對(duì)材料的選擇顯得十分重要。

關(guān)鍵詞：鍋爐壓力容器;材料選擇;焊接質(zhì)量

中圖分類號(hào)：? TG142.71? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

壓力容器用奧氏體不銹鋼制造壓力容器時(shí)選擇材料非常重要，選材時(shí)綜合考慮壓力容器在制造過(guò)程中的冷熱加工作用，還應(yīng)該考慮內(nèi)部介質(zhì)、溫度和外部介質(zhì)、溫度在環(huán)境中的作用要有相容性以及設(shè)備在使用過(guò)程中復(fù)雜情況，特別是介質(zhì)的腐蝕問(wèn)題具有重要意義，下面重點(diǎn)研究奧氏體不銹鋼在鍋爐壓力容器選材的重要性[1]。

1 介質(zhì)對(duì)奧氏體不銹鋼材料的在正確選用重要性

在使用奧氏體不銹鋼制造壓力容器時(shí)，首先要了解壓力容器在使用過(guò)程中的介質(zhì)情況、溫度情況、環(huán)境情況以及壓力容器在制造成過(guò)程中制造成工藝來(lái)分析各類因素對(duì)奧氏體不銹鋼在制造壓力容器使用的影響，這樣設(shè)計(jì)人員正確選用合適的材料來(lái)分析材料的特性，明確壓力容器在制造、使用和今后的檢驗(yàn)工作中的注意事項(xiàng)。

1.1 介質(zhì)情況

要考慮介質(zhì)特性對(duì)奧氏體不銹鋼在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的腐蝕，主要表現(xiàn)在腐蝕形態(tài)，表面作用對(duì)其鈍化膜要求，一些介質(zhì)因素能夠使表面鈍化膜發(fā)生破壞，例如有些活性陰離子（如氯、硫、氟、溴、碘等）。對(duì)奧氏體不銹鋼的腐蝕一般表現(xiàn)為局部腐蝕，其主要腐蝕形態(tài)有點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕以及腐蝕疲勞，在設(shè)計(jì)時(shí)了解介質(zhì)特性至關(guān)重要。

奧氏不銹鋼依賴鈍化膜而耐腐蝕，主要是用在氧化性或弱氧化性介質(zhì)中，在還原性比較強(qiáng)的氧化性介質(zhì)中絕大多數(shù)不銹鋼不能使用，以防有晶間腐蝕。因此，對(duì)不銹鋼制壓力容器提出晶間腐蝕的檢驗(yàn)要求。

一般地，對(duì)腐蝕性不強(qiáng)的電解質(zhì)，如鹽溶液、水等，隨電解質(zhì)溶液濃度增加，溶液的導(dǎo)電性增加，腐蝕也有所增長(zhǎng)。對(duì)于非電解質(zhì)溶液，如有機(jī)溶液，其腐蝕性一般隨濃度增加而增加。

壓力容器設(shè)備使用在濃硫酸環(huán)境中介質(zhì)全部卸空后，容器壁殘留的濃硫酸與空氣中的水分子發(fā)生發(fā)應(yīng)變會(huì)成稀硫酸，容器、管道等底部中沉積物中離子濃度增加等因素都可能導(dǎo)致意外腐蝕，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要避免死角，盡量使介質(zhì)不處于靜態(tài)，要在設(shè)計(jì)和使用中加以說(shuō)明。

1.2 溫度

溫度對(duì)奧氏不銹鋼在使用中腐蝕因素的影響也很大，不能由一個(gè)溫度下的腐蝕速率去推斷其他溫度下的腐蝕率。例如，不同溶液在容器設(shè)備上的局部存在溫差，這樣它就會(huì)產(chǎn)生溫差電池，使容器設(shè)備的高溫部分遭受意外腐蝕。另外，溫差過(guò)大，高溫區(qū)溫度超過(guò)許用溫度極限，同樣也會(huì)受到意外腐蝕。

1.2.1 設(shè)計(jì)溫度的控制在制造壓力容器時(shí)的重要性

設(shè)計(jì)時(shí)溫度為-100 ℃～196 ℃時(shí)的鉻、鎳奧氏體不銹鋼制造成壓力容器時(shí)，要根據(jù)設(shè)計(jì)溫度的要求選擇合適的焊接工藝文件，同時(shí)制造壓力容器的材料的含碳量要≤0.10%鉻、鎳奧氏體不銹鋼，并且在相應(yīng)的焊接工藝文件中注明焊縫金屬的低溫夏比沖擊試驗(yàn)，在不高于設(shè)計(jì)溫度下沖擊功的吸收功≥31J。

1.2.2 設(shè)計(jì)溫度的控制對(duì)奧氏不銹鋼或低碳超低碳奧氏體不銹鋼注意事項(xiàng)

如果壓力容器制造時(shí)選用含Ni量較高的奧氏不銹鋼或低碳超低碳奧氏體不銹鋼，在晶間腐蝕環(huán)境下，奧氏體不銹鋼制造壓力容器時(shí)設(shè)計(jì)溫度要考慮晶間腐蝕不利因素，要將不銹鋼在制造壓力容器時(shí)的設(shè)計(jì)溫度控制在材料正常允許使用溫度，當(dāng)有沖刷腐蝕和腐蝕疲勞等不利因素時(shí)，還要考慮材料在正常允許使用溫度的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低壓力容器的設(shè)計(jì)溫度。

1.2.3 奧氏體鋼材使用溫高于525℃溫度下長(zhǎng)期使用時(shí)設(shè)計(jì)溫注意事項(xiàng)

奧氏體鋼材使用溫度高于525℃溫度下長(zhǎng)期使用時(shí)，鋼中含碳量應(yīng)不小于0.04%。如果使用不銹鋼-鋼復(fù)合板，使用溫度范圍應(yīng)符合對(duì)基材和覆材使用溫度范圍的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.4 溫度對(duì)奧氏體不銹鋼鋼板在固溶和穩(wěn)定化處理時(shí)的重要性

碳在奧氏體中的溶解度隨溫度有變化而改變，在1 100℃時(shí)約固容0.08%～0.15%C，在450℃～850℃的溫度范圍內(nèi)碳的溶解度低于0.02%。一般普通18-8不銹鋼的含碳量≤0.12，進(jìn)行固溶處理時(shí)加熱到位1 100℃左右，碳化物相可全部溶解，這樣碳就全部固溶于奧氏體中，奧氏體不銹鋼在固溶狀態(tài)和穩(wěn)定定化處理狀態(tài)下使時(shí)，在制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)600℃時(shí)的熱加工，奧氏體不銹鋼鋼板，如果使用在晶間腐蝕環(huán)境下，就要重新進(jìn)行固溶和穩(wěn)定化處理工作。

1.3 環(huán)境情況

奧氏體不銹鋼在制造壓力容器時(shí)要有獨(dú)立的生產(chǎn)加工場(chǎng)地，專用的加工設(shè)備，對(duì)材料采取相對(duì)的保護(hù)措施，材料的切割、坡口采用機(jī)械加工，有加熱和熱成型的壓力容器產(chǎn)品要嚴(yán)格控制爐膛溫和加工時(shí)的起始溫度與終點(diǎn)溫度，有晶間腐蝕要求的，熱加工后應(yīng)進(jìn)行抗晶間腐蝕的檢測(cè)，檢測(cè)不符合抗晶間腐蝕要求的進(jìn)行固溶或穩(wěn)定化處理。

2 奧氏體不銹材料在制造壓力容器和元件時(shí)采用機(jī)械成型應(yīng)注意如下問(wèn)題

2.1 奧氏體不銹鋼如何選用正確的機(jī)械加工方法

奧氏體不銹鋼在制造壓力容器、封頭、彎管等零部件時(shí)需要切割、坡口時(shí)應(yīng)采用機(jī)械加工方法進(jìn)行加工，當(dāng)采用等離子切割方法下料、開(kāi)孔、打坡口時(shí)要去除坡口處的氧化物直至露出金屬光澤表面。

2.2 奧氏體不銹鋼加工后進(jìn)行抗晶間腐蝕試驗(yàn)的重要性

對(duì)有抗晶間腐蝕要求在制造壓力容器、封頭和彎管等零部件時(shí)，熱加工后應(yīng)進(jìn)行抗晶間腐蝕試驗(yàn)，對(duì)加工成形后制造壓力容器、封頭、彎管等零部件材料不符合抗晶間腐蝕試驗(yàn)要求的要進(jìn)行固容或穩(wěn)定化處理。

2.3 控制起始溫度與終至溫度重要性

在制造壓力容器、封頭、彎管等零部件時(shí)應(yīng)用不含氯的液態(tài)脫脂劑清除油脂和其雜質(zhì)后進(jìn)行加熱加工或熱處理工序，在熱加工或熱處理過(guò)程中使用加熱爐爐膛的燃燒氣應(yīng)為中性或微氧化性，壓力容器、封頭和彎管等零部件當(dāng)采用熱成型時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照熱處理規(guī)范和沖壓工藝要求執(zhí)行，嚴(yán)格控制爐內(nèi)溫度和沖壓時(shí)的起始溫度與終至溫度。

3 壓力容器設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮材料選用重要性

現(xiàn)將經(jīng)常使用到的材料的制造適用范圍和焊接工藝焊材選用要求匯總?cè)缦拢?jiàn)表1。

4 結(jié)語(yǔ)

奧氏體不銹鋼在壓力容器設(shè)計(jì)、制造、使用過(guò)程中要求設(shè)計(jì)人員考慮經(jīng)濟(jì)性、合理性、適用性使壓力容器設(shè)計(jì)既要符合國(guó)家規(guī)程、規(guī)范的同時(shí)要求也要設(shè)計(jì)參數(shù)、使用環(huán)境，沖分考慮到壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程每一個(gè)環(huán)節(jié)，避免忽視細(xì)小問(wèn)題看似不重要但在使用過(guò)程會(huì)出現(xiàn)重大隱患，所以要把設(shè)計(jì)計(jì)算與制造工藝程序標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的有機(jī)結(jié)合，使計(jì)算符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，加工也能夠保證安全可靠，在保證設(shè)計(jì)產(chǎn)品有充分的理論依據(jù)，還珍惜寶貴的鎳資源，高效和合理使用不可再生資源。

參考文獻(xiàn)

[1]俞揚(yáng).TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》部分修訂內(nèi)容介紹[J].化工機(jī)械，2017，44（6）：595-602，671.