压力容器设计中的热处理问题相关探究

[摘 要]压力容器的使用环境比较恶劣，设计过程比较复杂，压力容器一旦被损坏，造成的影响也十分严重。所以，要选取合适的材料和方法进行热处理技术，以保证压力容器的质量，确保压力容器的安全性和可靠性。笔者在阐述热处理技术基本原理的基础上，对压力容器设计中的热处理问题进行了具体分析，为提高压力容器设计中的热处理水平做了借鉴。

[关键词]压力容器；设计；热处理问题

中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0107-01

引言

压力容器在焊接之后，如果能够及时有效的进行热处理，就会有利于焊接应力及时消除，同时有利于焊接金属氢的释放，有效地防止在焊接接头部位发生冷裂纹现象。所以，在设计压力容器的过程中，做好容器的热处理问题，是设计人员必须面对的一个重要的问题。在制造压力容器的过程中，热处理问题一般可以划分为四种： 对材料性能进行有效改善的热处理问题；对材料的性能机械能恢复的热处理问题；对压力容器进行焊接之后的去氢处理。在化工设计中，对焊接之后的热处理问题的应用非常的广泛，文章将对在设计压力容器中进行的热处理问题进行研究讨论。

1 压力容器设计热处理技术的概述

使用金属作为原料所制造出来的压力容器会在制作过程中从一定程度上降低金属的基本性能，所以为了有效恢复金属的基本性能，通常会采取热处理的过程进行压力容器的处理。一些压力容器的热处理过程需要经历三个主要步骤：加热、保温和冷却。（1）加热。在加热处理的过程中，加热温度是确保热处理质量的关键因素。加热温度的选择随着加热材质和目的的不同而不同，一般都是加热到相比温度以上，以便于获得高温组织。（2）保温。当金属材料表面达到所需温度的时候，需要保持该温度一段时间，使得内外的温差缩小，保持温度一致。在这段时间里，金属材料的显微组织彻底转变，达到设计加工中所需要的材质性能。另外，如果加热的速度极快，金属材料内外温差不大，那么就不需要保温过程，可以直接进入冷却步骤。（3）冷却。因工艺的不同，材料冷却速度也不一样。一般来说，退火的冷却速度最慢，主要是降低金属材料的硬度，提高塑性；正火的冷却速度次之，主要是提高低碳钢的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷；淬火的冷却速度最快，使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。

2 热处理技术在压力容器设计中的应用

2.1 奥氏不锈钢制造的压力容器热处理问题探究

通常情况下，奥氏不锈钢具有优良的热塑性使其易于锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工，另外奥氏不锈钢含有Mo、Cu等元素，具有优良的耐酸性和耐腐蚀性，因此奥氏不锈钢被广泛地应用于压力容器的加工制造。现行的不锈钢热处理技术标准，对于奥氏不锈钢是否进行热处理以及如何进行热处理并没有明确规定。奥氏不锈钢因为热塑性和韧性都比较好，加工残余的剪应力小，一般不作消除应力的热处理。通常热处理的温度为600―620℃，然后保温2小时，最后缓慢进行冷却，奥氏不锈钢的金属结构就会发生改变，也就是通常所说的敏化，这会降低奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀的能力。因此奥氏不锈钢按照常规的热处理是行不通的，必须根据压力容器使用的具体环境来确定热处理的方案，满足生产的需求。

2.2 属复合板式压力容器在焊接后的热处理问题探究

金属上覆以另外一种金属的板子，达到在不降低使用效果（防腐性能、机械强度等）的前提下节约资源、降低成本的效果，因此金属复合板常常用于防腐和压力容器的制造之中。当对金属复合板式压力容器进行热处理的时候，高温会影响复合板的热力学性能，特别是不锈钢复合板，焊后进行热处理，就容易对焊头造成一定的影响，甚至碳化，会直接影响并损坏复合板的耐腐性性能和力学性能。因此当压力容器的材料为不锈钢复合板时，必须充分考虑到热处理对材料的影响，在一定的时候必须选取符合要求的复合材料。另一方面，我们要灵活对待焊后热处理的问题，对加热温度和保温时间的调整，通过不断的实验，摸索出理想的热处理条件。

2.3 以液态氨为介质的压力容器的热处理问题

以液态氨为介质的压力容器有着其自身的特殊性，不是所有的液态氨为介质的压力容器都需要进行热处理，这要根据应力腐蚀的情况而定，可根据HG/T20581《钢制化工容器材料选用规定》标准来做判定。（1）以液态氨为介质时，环境含水量应该小于或等于0.2%，且可能受到空气污染的场合。（2）使用温度高于-5℃。凡是符合上述两条的任何一条的，都需要进行压力容器的热处理。另外值得一提的是，在固定管板式换热器中，当壳层介质为液氨的时候，由于其结构的特殊性，无法进行热处理。为了解决这一棘手的问题，我们采用分布多次热处理的方法，具体操作方法是先对换热器壳体整体进行一次部件的热处理，然后在对壳体和管板焊接完以后得两道焊缝进行局部的热处理。通过两个分部的步骤，从而完成对整个压力容器的热处理工艺。

2.4 代用材料的热处理问题

在进行具体的生产过程中，某些符合设计要求的材料，制造企业往往一时购买不到，经常会代用一些其他厚度的材料，具体有以厚代薄，或者是以薄代厚等。而对于中温成型或者是冷成型的受压元件，如果符合下列a）～e）中的任意条件之一， 且对碳钢、低合金钢及其他材料，厚度大于圆筒内径的5%，对奥氏体型不锈钢，厚度大于圆筒内径的15%，就需要在其成型之后进行热处理

a）盛装毒性程度为极度或高等危害介质的容器；

b）图样注明有应力腐蚀的容器；

c）对碳钢、低合金钢，成形前厚度大于16mm；

d）对碳钢、低合金钢，成形后减薄量大于10%；

e）对碳钢、低合金钢，材料要求作冲击试验；

因此，对于用厚材料代替薄材料时，就需要充分地考虑材料代用后，是否需要进行成型后恢复性能热处理的问题。

2.5 焊接后的的热处理问题

焊接是进行压力容器制作的重要步骤，并且在进行焊接后往往都要进行热处理技术的应用。因此在进行压力容器设计的过程中，有关设计人员一直对焊接后热处理技术的应用十分的重视。具体来说在焊接后应用热处理技术，有关工作人员应做到以下几个方面：（1）加强热处理管理。热处理技术在进行应用的过程中不同温度以及时间的应用会带来不同的效果，因此有关人员在对进行焊接后热处理之前，应对热处理技术的应用进行管理，并制定出完善的热处理应用流程，避免因时间以及温度控制不当造成压力容器制作的失败。（2）重视热处理装置的革新。热处理装置是进行热处理技术应用的基础。因此在进行压力容器制作的过程中，有关单位应对热处理装置进行重视，对热处理装置存在的问题进行有效的解决，保障热处理装置具有良好的应用性能。（3）注意不同压力容器的具体要求。压力容器由于制作材料的不同，应用途径的不同等，其在进行制作的过程中具体的要求也有所不同。因此在进行热处理的过程中，有关人员应对这些要求进行把握，尤其是针对一些有特殊要求的压力容器要在进行热处理之前应进行一定的准备工作，以保障压力容器性能的稳定。

3 结束语

综上所述，热处理是一门十分重要工作，其在很大程度上，能够改善或者是恢复金属的性能。在对压力容器进行设计以及制造的过程中，热处理产生了非常重要的影响作用，其地位非比寻常，所以，对于压力容器的设计人员，在具体进行热处理问题时，必须对钢材的性能以及介质的特殊性质进行综合考虑，合理选取热处理方法。

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