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          全國統一服務(wù)熱線(xiàn):

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          一、簡(jiǎn)述熱處理技術(shù)原理


           


          金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度,并在此溫度中保持一定的時(shí)間,又以不同速度冷卻的一種工藝。它是機械制造中重要工藝之一,與其他加工工藝相比,熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分,而是通過(guò)改過(guò)工件內部的顯微組織或改變工件表面的化學(xué)成分,賦予或改善工件的使用性能。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能,除合理選用材料和各種成型工藝外,熱處理工藝往往是必不可少的。金屬熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程相互銜接,不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一,方法很多。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一。選擇和控制加熱溫度是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)題。加熱溫度隨被熱處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,一般都是加熱到相變溫度以上,以獲得高溫組織。另外轉變需要一定的時(shí)間,因此,當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時(shí),需在此溫度保持一定時(shí)間,使內外溫度一致,使顯微組織轉變完全,這段時(shí)間稱(chēng)為保溫時(shí)間。冷卻是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟,冷卻方法因工藝不同而不同,主要控制冷卻速度。一般退火冷卻速度最慢,正火的冷卻速度較快,淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種的不同而有不同的要求。


           


          二、壓力容器焊后熱處理的必要性和目的


           


          壓力容器設計依據是給定的工藝尺寸和工作條件,考慮制造和安裝檢修的要求,對壓力容器各個(gè)元件正確的選擇材料全面地進(jìn)行載荷分析、應力分析。選擇合理的結構型式,并確定既安全可靠又經(jīng)濟合理的強度尺寸。它通常在苛刻的操作條件下,長(cháng)期連續工作的,一臺壓力容器的失效甚至一個(gè)零件的破壞,往往導致整套裝置的停工,以致給國家財產(chǎn)和人員安全造成嚴重損失,因而,保證壓力容器的長(cháng)期安全運行對石油化學(xué)等過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)具有非常重要的意義。壓力容器的安全性首先決定于材料的選擇,而金屬材料的性能不僅與其化學(xué)成分、金相組織有關(guān),而且與熱處理狀態(tài)緊密相關(guān),熱處理是改善金屬材料及其制品性能的重要工序。GB150明確規定了各種壓力容器鋼板在其使用中的熱處理狀態(tài)。如:熱軋狀態(tài)、正火狀態(tài)、回火狀態(tài)、正火+ 高溫回火狀態(tài)、調質(zhì)狀態(tài)、固溶狀態(tài)和穩定化狀態(tài)。壓力容器熱處理效果的優(yōu)劣,將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。


           


          三、熱處理的種類(lèi)和作用


           


          熱處理的種類(lèi)很多,分類(lèi)方法亦各不相同。壓力容器行業(yè)習慣依據其目的的不同,將常用的熱處理方法分為四大類(lèi),即焊后熱處理、恢復力學(xué)性能熱處理、改善力學(xué)性能熱處理及消氫熱處理。


           


          在壓力容器行業(yè)中,通常所說(shuō)的焊后熱處理是指為改善焊接接頭的組織和性能,消除焊接殘余應力等影響,將焊接接頭及其鄰近局部在金屬相變點(diǎn)以下均勻加熱到足夠高的溫度,并保持一定的時(shí)間,然后緩慢冷卻的過(guò)程,稱(chēng)為“消除應力退火”或“消除應力熱處理”。在壓力容器技術(shù)文件和標準中的焊后熱處理,主要指“消除應力熱處理?!毕龖崽幚砜梢运沙诤附託堄鄳?,軟化淬硬區,改變組織形態(tài),減少含氫量,尤其是提高某些鋼種的沖擊韌性,改善力學(xué)性能。


           


          四、需進(jìn)行焊后熱處理的條件


           


          在壓力容器設計中,應科學(xué)設定設備是否需要進(jìn)行焊后熱處理。因容器的焊后熱處理需要大型熱處理裝備,消耗大量能源,應綜合考慮容器的安全性與經(jīng)濟性。目前,人們雖然已認識到過(guò)大的焊接應力會(huì )對容器的安全產(chǎn)生危害,但由于多種因素交互影響的復雜性,尚難判斷將焊接應力限制在什么水平下是適宜的。


           


          因此,國內外標準只能通過(guò)材質(zhì)、厚度、預熱溫度以及運行條件等因素,來(lái)判定壓力容器是否需要進(jìn)行焊后熱處理。GB150等將判斷條件分為兩類(lèi),一類(lèi)是對所有鋼制壓力容器都適用的“通用條件”,另一類(lèi)是針對某些特定工況的“特殊條件”。


           


          需進(jìn)行焊后熱處理的“通用條件”:焊接應力的大小一般與如下三個(gè)方面因素有關(guān):(1)材質(zhì):隨著(zhù)鋼材強度級別的提高及合金含量的增加,其焊接性能變差,在相同的焊接工藝條件下易產(chǎn)生焊接缺陷;(2)鋼材厚度:鋼材厚度越大,則意味著(zhù)焊縫越深,焊縫冷卻后收縮的傾向越強,且剛性增大,抵抗局部收縮變形的能力越強,從而產(chǎn)生了較大的焊接殘余應力;(3)預熱溫度:焊前預熱可減緩焊縫部位與其他部位的溫度梯度,能減緩高峰值焊接應力的產(chǎn)生?;谝陨先c(diǎn),GB150等標準依據各種材質(zhì)、厚度以及預熱溫度設定壓力容器需進(jìn)行焊后熱處理的條件。


           


          需要焊后熱處理的“特殊條件”:GB150規定了如下兩種特殊條件下,不論壓力容器的材質(zhì)、厚度及預熱溫度如何,都應進(jìn)行焊后熱處理。一是圖樣注明有應力腐蝕的容器。二是圖樣注明承裝毒性為極度或高度危害介質(zhì)的容器。這主要從萬(wàn)一發(fā)生事故的災難性后果考慮。因為焊接殘余應力對容器的主要危害是在特定的介質(zhì)工況下引起應力腐蝕開(kāi)裂。應力腐蝕是個(gè)影響因素頗多、極其復雜的過(guò)程,不能用簡(jiǎn)單的條款劃定。以盛裝液化石油氣的容器為例:液化石油氣中含有H2S雜質(zhì)會(huì )對鋼材會(huì )產(chǎn)生應力腐蝕,而純凈的液化石油氣(如丙烷、丁烷)是不會(huì )產(chǎn)生應力腐蝕。H2S對鋼材的應力腐蝕除與其濃度有關(guān)外,還和其含水量有關(guān),只有濕H2S才能產(chǎn)生應力腐蝕,濕H2S的應力腐蝕還和溫度、介質(zhì)的ph 值、鋼材的含碳量、以及焊接應力大小等諸多因素相關(guān)聯(lián)。再以盛裝液氨的容器為例:化學(xué)純(≥99.995% )的液氨是不會(huì )引起應力腐蝕的,只有工業(yè)純的液氨才可能產(chǎn)生應力腐蝕,但如果在液氨中加入微量的水(≥0.2% ),則水作為緩蝕劑,可避免應力腐蝕的發(fā)生。此外,液氨的應力腐蝕還和材質(zhì)的強度級別有關(guān)。綜上所述,應力腐蝕狀況復雜,影響因素多,這就需要設計者依據工況條件、壓力容器的具體情況以及國內外的運行經(jīng)驗進(jìn)行綜合判斷。


           


          五、奧氏體不銹鋼制壓力容器的焊后熱處理


           


          奧氏體高合金鋼經(jīng)焊后熱處理雖可以減小殘余應力,降低應力腐蝕開(kāi)裂敏感性,但焊后熱處理不當時(shí)又會(huì )加劇晶間腐蝕和σ相析出造成脆化。,焊后熱處理是否對奧氏體高合金鋼的安全使用性能產(chǎn)生影響尚不清楚,各國標準、規定原則上不做焊后熱處理。GB150等標準規定:除圖樣另有規定,奧氏體不銹鋼的焊接接頭可不進(jìn)行熱處理。然而由于抗應力腐蝕要求,或復合鋼板基層需要一定要進(jìn)行焊后熱處理時(shí),應特別注意防止奧氏體不銹鋼母材和焊縫中鉻的碳化物(Cr23C6)的析出和形成σ相,其有效預防方法就是對于抗腐蝕性能要求較高的設備進(jìn)行固溶處理。這就要求我們壓力容器設計者要具體問(wèn)題具體分析,謹慎選擇奧氏體高合金鋼焊后熱處理,及熱處理的具體注意事項。


           


          六.焊后熱處理的方法


           


          壓力容器及其零件的焊后熱處理方法,主要有爐內整體熱處理、分段爐內熱處理、局部熱處理及現場(chǎng)熱處理四大類(lèi)。壓力容器設計時(shí),在可能條件下優(yōu)先選用爐內整體熱處理。


           


          爐內整體熱處理是將工件整體放入爐內加熱的方法,由于工件在爐內受熱均勻,溫度及升、降溫度速度易于控制,效果較好。


           


          分段爐內熱處理是因工件過(guò)大,受加熱爐尺寸限制,只能采取分段的辦法進(jìn)行熱處理。分段爐內熱處理有兩大技術(shù)關(guān)鍵,一是確定工件重復加熱長(cháng)度—GB150要求容器需要加熱的長(cháng)度不小于1500m m 。二是采取合適的工件裸露在爐外部分的保溫措施,以免容器爐內、外溫度梯度過(guò)大。


           


          局部熱處理的技術(shù)關(guān)鍵在于熱處理裝置要有足夠的功率和準確的溫度控制、足夠的加熱寬度以及適當的保溫措施。


           


          現場(chǎng)熱處理亦稱(chēng)整體爐外焊后熱處理。壓力容器由于制造或運輸的原因需要使用現場(chǎng)組焊,如高塔和球罐等。整體爐外焊后熱處理,是將壓力容器的殼體作為高溫加熱爐的爐體,在容器殼體內部加熱,殼體外部用保溫材料保溫。目前該種方法在我國已日臻成熟,但受天氣影響,雨雪、大風(fēng)都給熱處理效果造成不良影響。


           


          結束語(yǔ)


           


          綜上所述,壓力容器技術(shù)是一門(mén)綜合性的科學(xué)技術(shù),壓力容器是為工藝過(guò)程服務(wù)的,他的安全運行涉及國家財產(chǎn)和人民生命安全。所以對壓力容器的設計提出了越來(lái)越高的要求,熱處理技術(shù)是壓力容器設中的一個(gè)重要環(huán)節,所以在設計過(guò)程中一定引起高度重視。


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