论文部分内容阅读
摘 要：自从我国施行了改革开放政策以后，我国发生了巨大的变化，经济快速发展起来，各行各业都迎来了新的发展阶段，尤其是石油化学工业更是快速发展。现阶段，压力容器在石油化工生产中被广泛应用，受化工生产介质等特殊因素的影响，其中有毒有害气体颇多，因此压力容器的风险性也随之提高。压力容器设计过程中，金属材料选择是否合理，金属性能是否满足要求，是否需要进行热处理改善或恢复材料性能等问题是保证压力容器安全运行的重要因素。本文详细阐述了压力容器进行热处理的重要性，并对几种常见热处理方法进行了具体分析，希望为广大从业人员提供借鉴。
关键词：压力容器;设计;热处理
1 .压力容器热处理的目的性和意义
压力容器是石油、化工、机械等行业等广泛应用的焊接结构件，其运行条件苛刻，制造工艺复杂，如容器一旦破坏其后果严重。因此，为确保压力容器的安全运行正确选择材料并合理进行热处理，对压力容器的制造和使用尤为重要。金属热处理就是对固态金属或合金采用适当的方法进行加热、保温、冷却以获得重要的组织和性能的工艺。制造行业对金属性能有两方面的要求，首先要有良好的工艺性能，其中包括铸造工艺性能和锻压工艺性能、焊接工艺性能、切削加工性能和热处理工艺性能;其次要有良好的使用性能，就是运转可靠、经久耐用。这两方面性能均与金属材料的化学成分有关，然而在许多情况下单纯靠调整金属材料的化学成分无法满足要求，因此为满足金属材料的加工和使用要求必须进行热处理。
2 .热处理工艺流程
金属热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这三个过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一，严格控制加热温度是保证热处理质量的关键，加热温度随被热处理的金属材料和热处理目的不同而异，一般都是加热到相变温度以上，用来获取高温组织。需要注意的是组织转变需要时间，当金属工件表面温度达到热处理温度时，需要保温一段时间，使内外温度一致，此时高温组织得到充分转化，这段时间称为保温时间。此外，若加热速度较快且金属材料内外温度相差不大，则可以省略保温这一过程直接冷却。冷却是热处理工艺中关键步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要控制冷却的速度。冷却速度有慢到快依次为退火、正火、淬火。受不同速率冷却处理的影响，可以得到具有不同的物理性能工件，以保证在具体情况下更灵活地应用在化工生产中。
3 .压力容器热处理的种类和作用
热处理的种类很多，分类方法亦各不相同。压力容器行业习惯依据其目的的不同，将常用的热处理方法分为四大类，即焊后热处理、恢复力学性能热处理、改善力学性能热处理及消氢热处理。
3.1焊后热处理（消除应力热处理）：
广义地说，焊后热处理就是在工件焊完之后对焊接区域或焊接构件进行的热处理。狭义地说，焊后热处理仅指消除应力退火，即为了改善焊接区的性能和消除焊接残余应力等有害影响，从而对焊接区及有关部位在金属相变温度点以下均匀而有充分地加热，然后又均匀冷却的过程。许多情况下所讨论的焊后热处理实质上就是焊后消除应力热处理。焊后热处理应按规程操作，下图为碳钢、低合金钢焊后热处理操作曲线图。焊后热处理时间应根据母材类别、组别确定。
焊接应力的大小一般与如下三个方面因素有关：（1）材质：随着钢材强度级别的提高及合金含量的增加，其焊接性能变差，在相同的焊接工艺条件下易产生焊接缺陷;（2）钢材厚度：钢材厚度越大，则意味着焊缝越深，焊缝冷却后收缩的倾向越强，且刚性增大，抵抗局部收缩变形的能力越强，从而产生了较大的焊接残余应力;（3）预热温度：焊前预热可减缓焊缝部位与其他部位的温度梯度，能减缓高峰值焊接应力的产生。GB150根据以上三点规定了需要进行焊后热处理的焊接接头厚度。
此外，GB150规定了如下两种特殊条件下，不论压力容器的材质、厚度及预热温度如何，都应进行焊后热处理。一是图样注明有应力腐蚀的容器，二是用于盛装毒性为极度或高度危害介质的碳钢、低合金钢制容器。应力腐蚀引起的断裂没有宏观变形，且具有突发性，裂纹往往会深入到金属内部，并且很难修复，有时会整台报废。在压力容器设计过程中，应根据设备选材、盛装介质毒性程度等方面着重考虑是否存在应力腐蚀倾向，是否需要焊后热处理以消除风险。但应力腐蚀又是个影响因素颇多、极其复杂的过程，不能用简单的条款划定。以盛装液氨的容器为例：化学纯（≥99.995% ）的液氨是不会引起应力腐蚀的，只有工业纯的液氨才可能产生应力腐蚀，但如果在液氨中加入微量的水（≥0.2% ），则水作为缓蚀剂，可避免应力腐蚀的发生。
3.2改善材料性能热处理：
需要通过热处理来达到材料的设计强度、韧性指标的，如螺栓材料35CrMoA，原材料为热轧状态，图样要求使用状态为调质，调质处理提高了材料的性能。
3.3恢复材料性能热处理：
制造中因冷加工成形使材料发生较大变形或组织发生较大变化而影响材料微观组织和力学性能时，或当要求材料的使用热处理状态与供货状态一致，但在制造过程中破坏了材料的供货热处理状态时，应对受压元件进行恢复材料性能热处理。
3.4焊后消氢处理：
是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200～350℃，保温2-6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。
4. 总结
随着我国科学技术的发展，压力容器开始被广泛应用在我国多个行业，如石油化工生产行业、能源、医学等行业中，相应的对于压力容器的质量也有着更高的要求。在压力容器制造过程中，热处理技术具有十分重要的作用，通过热处理可以提高压力容器的性能，消除其应力，发挥压力容器的作用。在设计压力容器过程中，一定要充分考虑材料性能，选择合适的热处理技术，同时还要不断提高热处理技术，进而提高压力容器質量和性能。
参考文献：
[1] 赵芬香.压力容器设计中的热处理问题分析[J].技术管理，2014（14）.
[2] GB150.1～150.4-2011，压力容器[S].
关键词：压力容器;设计;热处理
1 .压力容器热处理的目的性和意义
压力容器是石油、化工、机械等行业等广泛应用的焊接结构件，其运行条件苛刻，制造工艺复杂，如容器一旦破坏其后果严重。因此，为确保压力容器的安全运行正确选择材料并合理进行热处理，对压力容器的制造和使用尤为重要。金属热处理就是对固态金属或合金采用适当的方法进行加热、保温、冷却以获得重要的组织和性能的工艺。制造行业对金属性能有两方面的要求，首先要有良好的工艺性能，其中包括铸造工艺性能和锻压工艺性能、焊接工艺性能、切削加工性能和热处理工艺性能;其次要有良好的使用性能，就是运转可靠、经久耐用。这两方面性能均与金属材料的化学成分有关，然而在许多情况下单纯靠调整金属材料的化学成分无法满足要求，因此为满足金属材料的加工和使用要求必须进行热处理。
2 .热处理工艺流程
金属热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这三个过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一，严格控制加热温度是保证热处理质量的关键，加热温度随被热处理的金属材料和热处理目的不同而异，一般都是加热到相变温度以上，用来获取高温组织。需要注意的是组织转变需要时间，当金属工件表面温度达到热处理温度时，需要保温一段时间，使内外温度一致，此时高温组织得到充分转化，这段时间称为保温时间。此外，若加热速度较快且金属材料内外温度相差不大，则可以省略保温这一过程直接冷却。冷却是热处理工艺中关键步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要控制冷却的速度。冷却速度有慢到快依次为退火、正火、淬火。受不同速率冷却处理的影响，可以得到具有不同的物理性能工件，以保证在具体情况下更灵活地应用在化工生产中。
3 .压力容器热处理的种类和作用
热处理的种类很多，分类方法亦各不相同。压力容器行业习惯依据其目的的不同，将常用的热处理方法分为四大类，即焊后热处理、恢复力学性能热处理、改善力学性能热处理及消氢热处理。
3.1焊后热处理（消除应力热处理）：
广义地说，焊后热处理就是在工件焊完之后对焊接区域或焊接构件进行的热处理。狭义地说，焊后热处理仅指消除应力退火，即为了改善焊接区的性能和消除焊接残余应力等有害影响，从而对焊接区及有关部位在金属相变温度点以下均匀而有充分地加热，然后又均匀冷却的过程。许多情况下所讨论的焊后热处理实质上就是焊后消除应力热处理。焊后热处理应按规程操作，下图为碳钢、低合金钢焊后热处理操作曲线图。焊后热处理时间应根据母材类别、组别确定。
焊接应力的大小一般与如下三个方面因素有关：（1）材质：随着钢材强度级别的提高及合金含量的增加，其焊接性能变差，在相同的焊接工艺条件下易产生焊接缺陷;（2）钢材厚度：钢材厚度越大，则意味着焊缝越深，焊缝冷却后收缩的倾向越强，且刚性增大，抵抗局部收缩变形的能力越强，从而产生了较大的焊接残余应力;（3）预热温度：焊前预热可减缓焊缝部位与其他部位的温度梯度，能减缓高峰值焊接应力的产生。GB150根据以上三点规定了需要进行焊后热处理的焊接接头厚度。
此外，GB150规定了如下两种特殊条件下，不论压力容器的材质、厚度及预热温度如何，都应进行焊后热处理。一是图样注明有应力腐蚀的容器，二是用于盛装毒性为极度或高度危害介质的碳钢、低合金钢制容器。应力腐蚀引起的断裂没有宏观变形，且具有突发性，裂纹往往会深入到金属内部，并且很难修复，有时会整台报废。在压力容器设计过程中，应根据设备选材、盛装介质毒性程度等方面着重考虑是否存在应力腐蚀倾向，是否需要焊后热处理以消除风险。但应力腐蚀又是个影响因素颇多、极其复杂的过程，不能用简单的条款划定。以盛装液氨的容器为例：化学纯（≥99.995% ）的液氨是不会引起应力腐蚀的，只有工业纯的液氨才可能产生应力腐蚀，但如果在液氨中加入微量的水（≥0.2% ），则水作为缓蚀剂，可避免应力腐蚀的发生。
3.2改善材料性能热处理：
需要通过热处理来达到材料的设计强度、韧性指标的，如螺栓材料35CrMoA，原材料为热轧状态，图样要求使用状态为调质，调质处理提高了材料的性能。
3.3恢复材料性能热处理：
制造中因冷加工成形使材料发生较大变形或组织发生较大变化而影响材料微观组织和力学性能时，或当要求材料的使用热处理状态与供货状态一致，但在制造过程中破坏了材料的供货热处理状态时，应对受压元件进行恢复材料性能热处理。
3.4焊后消氢处理：
是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200～350℃，保温2-6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。
4. 总结
随着我国科学技术的发展，压力容器开始被广泛应用在我国多个行业，如石油化工生产行业、能源、医学等行业中，相应的对于压力容器的质量也有着更高的要求。在压力容器制造过程中，热处理技术具有十分重要的作用，通过热处理可以提高压力容器的性能，消除其应力，发挥压力容器的作用。在设计压力容器过程中，一定要充分考虑材料性能，选择合适的热处理技术，同时还要不断提高热处理技术，进而提高压力容器質量和性能。
参考文献：
[1] 赵芬香.压力容器设计中的热处理问题分析[J].技术管理，2014（14）.
[2] GB150.1～150.4-2011，压力容器[S].