钢制压力容器消除应力热处理

前言

压力容器在制造过程中，由于经过卷板、成形等工序，产品内部不可避免地受到拉力和压力，造成应力的不均匀，形成应力集中；在焊接时，由于不均匀的加热和冷却，在工件内残余了焊接应力；应力的存在，不仅影响了产品的尺寸精度，减少了使用寿命，有些产品在有应力腐蚀的环境下服役，还容易产生压力腐蚀裂纹，危及人民群众的生命财产安全。可见，应力的存在，使压力容器产品的使用安全受到严重威胁。

压力容器的消除应力热处理是指为改善焊接区域的性能，消除焊接残余应力的有害影响，把焊接区域或其中部分在金属相变点以下加热到足够高的温度，并保持一定的时间，然后均匀冷却的热过程。通过热处理，可以将压力容器内的应力较好的消除。因此，应力消除热处理在钢制压力容器的制造中具有重要意义。目前一些企业热处理质量控制尚存在一些问题，本文提出了对这些问题的解决方法与措施。

一、钢制压力容器热处理的前提条件

1.厚度达到一定的要求时，应力集中程度较大

1.1 一般碳素钢、碳锰钢和低合金钢在厚度大于32mm时

1.2 低温钢16MnDR在厚度大于25mm时

1.3 低温钢09MnNiDR在厚度大于20mm时

1.4 15CrMoR等铬-钼钢任意厚度时

2. 内部介质有应力腐蚀的容器

3.盛装的介质为极度或高度危害的碳素钢、低合金钢

二、压力容器消除应力热处理的典型工艺曲线

注1.升温速度V升=5500/δ且小于220（单位℃/h），

注2.降温速度V降=7000/δ且小于280（单位℃/h）

三、压力容器热处理的常见问题

1.热处理炉没有进行有效加热区测定

GB/T9452-2003《热处理炉有效加热区测定方法》详细规定了热处理炉的加热温度及保温精度的有效加热区范围、实施条件、测定周期、检测装置和方法等内容，对照压力容器热处理的要求，用于压力容器消除应力热处理的设备至少必须达到V类热处理炉的要求，每年必须检测一次，在出具的热处理炉有效加热区检验合格证上，必须注明有效加热区的范围，测温点的数量等，并有检测、审核、批准者的签字。

2.热处理厚度确定不准确

NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》具体规定了热处理的厚度，特别指出：同炉内装入多台压力容器或零部件或者整体热处理时，必须以各容器及零件中最大热处理厚度为焊后热处理的计算厚度。

如图1中的带分程隔板的管箱，封头厚度6mm，短节厚度16mm，法兰厚度72mm，这几个厚度中，只有短节与法兰的热处理厚度为16mm（最大），所以，该管箱整体热处理的厚度应以16mm计算。

3.热处理过程控制不到位

3.1 热处理工艺曲线不规范

3.2 热处理升温及降温时间节点不符合要求

有升温时超过400℃才开始打点，或者未到400℃打点曲线已结束的情况。热处理过程中，操作人员应经常检查设备运行情况、注意观察温度仪表指示，并随时关注自动记录仪的运行状况，以满足热处理工艺卡的要求。检验人员、热处理责任工程师要随时进行监督检查，核实热处理记录数据，确认热处理按照既定工艺进行。

4. 热处理的焊接工艺评定不能覆盖产品

消除应力热处理属于低于下转变温度的焊后热处理，按照NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》的要求，工艺评定试件保温时间不得少于焊件在制造过程中累计保温时间的80%。例如（见表1），现有一个厚度为20mm的工艺评定PQR001，消除应力热处理的保温时间20/25=0.8小时，该评定按以上标准评定合格，在焊接方法和母材牌号不变的情况下，能否用于消除应力热处理筒体厚度为30mm的压力容器产品呢？

如果不考虑热处理保温时间，工艺评定PQR001（覆盖范围16～40mm）完全可以覆盖到30mm的产品，但是，这台产品所要求的最短热处理保温时间为30/25=1.2小时，要求的工艺评定的最短保温时间为30/25×80%=0.96小时，显然，保温仅为0.8小时的工艺评定PQR001，并不能覆盖这台产品。

如果其他条件不变，我们把保温时间延长到40/25=1.6小时，即表1中的PQR002，该评定可以覆盖的最大厚度即为40mm ，完全满足这台产品的焊接与热处理要求。说明焊接工艺评定的保温时间应以覆盖的最大厚度来确定，这样才能最大限度的减少工艺评定的数量。热处理规范源自焊接工艺评定的验证，因此，压力容器热处理工程师与焊接工程师要经常沟通，及时做好工艺会签工作。

结语

通过以上分析，压力容器质保体系的相关人员只有不断学习，切实加强对标准的理解，增强工作责任感，并与其他质控系统协调沟通，才能做好压力容器的消除应力热处理，在实践中总结和提高。我公司注重做好以上工作，使压力容器的热处理质量得到有效保证。同时，也获得了委托我公司热处理厂家的好评，赢得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

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