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摘要：在不锈钢复合钢板容器制造过程中，由于复合板材料的特殊性，两种材料的物理性能、化学成分和组织存在较大差异，制造工艺复杂、质量控制难度。本文通过选择合适的焊接工艺、热处理工艺、喷玻璃丸消除表面应力以及不锈钢表面酸洗等质量控制方法，保证了容器的抗应力腐蚀能力，使不锈钢复合钢板容器达到更加理想的使用性能。
关键词：复合板容器 热处理 喷丸 酸洗 抗腐蚀
引言
随着压力容器成套设备的高参数、大型化，容器用钢的品种和强度、耐腐蚀性也呈现多样化，不锈钢复合板也成为应用较广的钢种，其强度与耐腐蚀性、性价比深受广大用户的欢迎。鉴于复合材料的性能特点，制造过程中的焊接和热处理工艺要求也较高。
广州某聚氯乙烯项目制造的2个接受槽，在投入使用一年后，检修发现上下封头不锈钢复层有不同程度的龟裂现象，设备焊缝也有微裂纹。本文通过对接受槽产生裂纹的原因进行分析，对重新制造的2个替换封头采取了针对性的控制措施。
在不锈钢设备的制造和使用过程中，若要经过450～850℃的敏化温度，钢中过饱和的碳就会向晶界扩散、析出并与其附近的铬形成铬的碳合物，在常用的Cr-Ni奥氏体不锈钢中，这种碳化物一般为Cr23C6[M23C6]。由于这种碳化物含有较高的Cr，所以铬碳化物沿晶界沉淀，导致碳化物周围钢的基体中Cr浓度的降低，形成所谓“贫铬区”。当铬碳化物沿晶界沉淀呈网状时，贫铬区亦呈网状，而贫铬区铬量不足，使钝化能力降低，甚至消失，而奥氏体晶粒本身仍具有足够钝化（耐蚀）能力，因此，在腐蚀介质作用下晶界附近连成网状的贫铬区便优先溶解而产生晶间腐蚀[1]。碳化铬在晶间析出的量随含碳量，经过敏化温度的时间的增加而增加。
不锈钢复合钢板的焊接，过渡层焊接属于异种钢焊接，焊材选用不合适或焊接工艺不当时，不锈钢复层焊缝就可能严重稀释，形成马氏体淬硬组织，或由于铬、镍元素强烈渗入珠光体钢基层而严重脆化产生裂纹。同时，过渡区高温下有碳扩散过程发生，结果在交界处形成高硬度的增碳带和低硬度的脱碳带，使得过渡区形成了复杂的金属组织状态，造成复合板焊接困难，碳在不同温度下重新分布，使热影响区的复层耐蚀性大大降低。
不锈钢复合钢板由于基层和复层的化学成分不同，物理性能和力学性能存在较大差异，复合钢板在加工过程中引起加工残余应力，焊后残余应力也较其他同种材料大。由于残余应力的存在，复层金属在腐蚀介质条件下易引起应力腐蚀开裂。
综合上述原因，由于接受槽封头在加工过程中对敏化温度区间控制不当，焊接时熔合区交界处形成高硬度的增碳带和低硬度的脱碳带，在焊后残余应力和腐蚀介质的综合作用下，封头不锈钢复层及焊缝出现了有不同程度的龟裂。为了控制晶间腐蚀，防止熔合区组织脆化，进一步降低焊后残余应力，本文从热处理、焊接、喷丸和酸洗四个方面采取质量控制措施，以提高复层及焊缝的抗腐蚀能力。
2、制造过程质量控制措施
2.1热处理
封头经热旋压成型后应进行热处理，以消除封头在压制过程中形成的应力，改善封头的显微组织，为后续的制造使用创造连续的组织状态。由于是复合板封头，热处理需考虑以下因素：基层与复层热处理工艺参数上的差异；热处理工艺对复层耐腐蚀性能的影响；过程中基层和复层界面间元素扩散是否会产生脆性相，是否会导致复合板性能恶化；因基层与复层间物理性能差异，热处理冷却过程产生残余应力，导致复层产生应力腐蚀开裂等。同时，还需考虑基层Q345R材料的正火处理时，复层304L材料热处理降温过程中通过敏化温度区间。经过方案讨论，确定和选择了热处理工艺，通常，Q345R封头冲压成型后采用正火处理，以保证Q345R的各项力学性能，但正火处理的温度和冷却方式极易使304L敏化，破坏其腐蚀性能；如果在304L固溶热处理的温度下处理，可保证304L的耐腐蚀性能，但不能满足Q345R的各项力学性能。
封头热处理后，内部复层经研磨后，采用金相覆膜的方法检微观组织，检查结果表明，复层金相是奥氏体组织，组织均匀，无敏化现象。
2.2焊接
复合板是由两种焊接材料复合而成，这两种材料的物理性能、化学成分和组织存在较大差异，因此需要对复层和基层分别进行焊接，焊接时在复层和基层间增加过渡层，所以对焊接过程分为三个部分考虑，即基层焊接、过渡层焊接和复层焊接。基层和复层的焊接属同种材料焊接，其焊接性、焊材选择和焊接工艺由基层和复层金属材料决定；过渡层的焊接属于异种钢焊接，其焊接性主要决定于基层和复层金属的化学物理性能、接头型式和填充金属等。
为降低基层对复层的稀释作用，复合板焊接时对接接头采用X形坡口双面焊。在坡口制备时，复层和基层需要剥离，剥离宽6mm，剥离后的基层再向下磨1mm。复层不允许有错边，在焊接前尽量复层对齐。
为避免基层碳迁移扩散引起熔合区附近组织脆化，进一步降低焊接残余应力，应采用低线能量焊接工艺，先焊接基层a区、再焊接过渡层b区、最后焊接奥氏体不锈钢复层，以保证复层焊缝金属具有较好的耐蚀性能。焊接工艺参数选择
在焊接过程中需注意下列事项：
（1）采用低氢焊接工艺施焊基层，同时防止复层热影响区的过热和熔化；基层焊接完成后，用磨削法进行清根，并按要求检验合格后方可焊接过渡层；
（2）焊接过渡层前必须清除坡口内任何残留物，焊接过渡层时应尽量减少稀释率，采用合金元素含量比复层更高的填充金属；
（3）需严格控制过渡层焊接的层间温度，用小直径焊条和窄焊道，为保证层间温度，要求焊工在每焊完一层焊缝后，以手触摸焊道感到不太烫为原则，控制层间温度不超过60℃；
（4）焊接复层时，焊缝表面应平整、成型美观。
3.3喷丸处理
焊接完成后，复层表面产生不均匀的塑性变形和部分残余应力，不均匀塑性变形和残余应力与材料的强度、硬度有密切关系，材料强度和硬度高，表面塑性变形就相应增大而释放焊后残余应力。玻璃喷丸表面强化处理是将大量高速运动的喷丸喷射到零件，使金属表面产生强烈的塑性变形，从而获得一定厚度（一般变形深度在0.12=0.75mm）的表面强化层的工艺过程，能够很好地提高焊接构件抗应力腐蚀开裂能力。玻璃丸选用二氧化硅且含量大于67%，直径在0.4-0.6mm之间，硬度为46～50HRC，密度为2.45～2.55/cm3。
用高压气流喷射的玻璃珠，对容器复层焊缝及热影响区进行玻璃喷丸处理，以消除复层焊接接头焊接应力，获得一定厚度的表面强化层，提高焊接接头抗应力腐蚀的能力。
3.4酸洗
不锈钢具有良好的耐腐蚀性能主要是依靠表面致密的钝化膜，如钝化膜不完整或存在缺陷，不锈钢仍会被腐蚀。所以，采用酸洗钝化处理形成钝化膜，采用蓝点法检测。[4]
4 结论
不锈钢复合钢板在加工过程中，选用接近奥氏体不锈钢固溶处理的温度对复合板封头热处理，经水冷快速冷却到400℃以下，经微观金相检验，组织均匀且无敏化现象，满足抗晶间腐蚀和抗脆化的要求；力学性能检验各项力学性能指标均满足要求；采用低线能量的焊接工艺使焊后复层焊缝金属具有较好的耐蚀性能；通过喷丸、酸洗提高表面抗应力腐蚀的能力。重新制造的二个接受槽运行状况良好，截止目前已安全运行4年。实际制造过程表明，不锈钢复合钢板容器在制造过程中，通过热处理、焊接、喷丸和酸洗系列控制措施能有效提高不锈钢复层的抗腐蚀能力。
参考文献
[1] 陈 炜《奥氏体不锈钢焊接的缺陷分析及解决办法》 山西焦煤科技 2003年6月第6期 27
[2] GB713-2008《 锅炉和压力容器用钢板》2008年6月第一版 4
[3] JB4733-1996 《压力容器用爆炸不锈钢复合板》3
[4] GB150-1998 《钢制压力容器》9- 10
关键词：复合板容器 热处理 喷丸 酸洗 抗腐蚀
引言
随着压力容器成套设备的高参数、大型化，容器用钢的品种和强度、耐腐蚀性也呈现多样化，不锈钢复合板也成为应用较广的钢种，其强度与耐腐蚀性、性价比深受广大用户的欢迎。鉴于复合材料的性能特点，制造过程中的焊接和热处理工艺要求也较高。
广州某聚氯乙烯项目制造的2个接受槽，在投入使用一年后，检修发现上下封头不锈钢复层有不同程度的龟裂现象，设备焊缝也有微裂纹。本文通过对接受槽产生裂纹的原因进行分析，对重新制造的2个替换封头采取了针对性的控制措施。
在不锈钢设备的制造和使用过程中，若要经过450～850℃的敏化温度，钢中过饱和的碳就会向晶界扩散、析出并与其附近的铬形成铬的碳合物，在常用的Cr-Ni奥氏体不锈钢中，这种碳化物一般为Cr23C6[M23C6]。由于这种碳化物含有较高的Cr，所以铬碳化物沿晶界沉淀，导致碳化物周围钢的基体中Cr浓度的降低，形成所谓“贫铬区”。当铬碳化物沿晶界沉淀呈网状时，贫铬区亦呈网状，而贫铬区铬量不足，使钝化能力降低，甚至消失，而奥氏体晶粒本身仍具有足够钝化（耐蚀）能力，因此，在腐蚀介质作用下晶界附近连成网状的贫铬区便优先溶解而产生晶间腐蚀[1]。碳化铬在晶间析出的量随含碳量，经过敏化温度的时间的增加而增加。
不锈钢复合钢板的焊接，过渡层焊接属于异种钢焊接，焊材选用不合适或焊接工艺不当时，不锈钢复层焊缝就可能严重稀释，形成马氏体淬硬组织，或由于铬、镍元素强烈渗入珠光体钢基层而严重脆化产生裂纹。同时，过渡区高温下有碳扩散过程发生，结果在交界处形成高硬度的增碳带和低硬度的脱碳带，使得过渡区形成了复杂的金属组织状态，造成复合板焊接困难，碳在不同温度下重新分布，使热影响区的复层耐蚀性大大降低。
不锈钢复合钢板由于基层和复层的化学成分不同，物理性能和力学性能存在较大差异，复合钢板在加工过程中引起加工残余应力，焊后残余应力也较其他同种材料大。由于残余应力的存在，复层金属在腐蚀介质条件下易引起应力腐蚀开裂。
综合上述原因，由于接受槽封头在加工过程中对敏化温度区间控制不当，焊接时熔合区交界处形成高硬度的增碳带和低硬度的脱碳带，在焊后残余应力和腐蚀介质的综合作用下，封头不锈钢复层及焊缝出现了有不同程度的龟裂。为了控制晶间腐蚀，防止熔合区组织脆化，进一步降低焊后残余应力，本文从热处理、焊接、喷丸和酸洗四个方面采取质量控制措施，以提高复层及焊缝的抗腐蚀能力。
2、制造过程质量控制措施
2.1热处理
封头经热旋压成型后应进行热处理，以消除封头在压制过程中形成的应力，改善封头的显微组织，为后续的制造使用创造连续的组织状态。由于是复合板封头，热处理需考虑以下因素：基层与复层热处理工艺参数上的差异；热处理工艺对复层耐腐蚀性能的影响；过程中基层和复层界面间元素扩散是否会产生脆性相，是否会导致复合板性能恶化；因基层与复层间物理性能差异，热处理冷却过程产生残余应力，导致复层产生应力腐蚀开裂等。同时，还需考虑基层Q345R材料的正火处理时，复层304L材料热处理降温过程中通过敏化温度区间。经过方案讨论，确定和选择了热处理工艺，通常，Q345R封头冲压成型后采用正火处理，以保证Q345R的各项力学性能，但正火处理的温度和冷却方式极易使304L敏化，破坏其腐蚀性能；如果在304L固溶热处理的温度下处理，可保证304L的耐腐蚀性能，但不能满足Q345R的各项力学性能。
封头热处理后，内部复层经研磨后，采用金相覆膜的方法检微观组织，检查结果表明，复层金相是奥氏体组织，组织均匀，无敏化现象。
2.2焊接
复合板是由两种焊接材料复合而成，这两种材料的物理性能、化学成分和组织存在较大差异，因此需要对复层和基层分别进行焊接，焊接时在复层和基层间增加过渡层，所以对焊接过程分为三个部分考虑，即基层焊接、过渡层焊接和复层焊接。基层和复层的焊接属同种材料焊接，其焊接性、焊材选择和焊接工艺由基层和复层金属材料决定；过渡层的焊接属于异种钢焊接，其焊接性主要决定于基层和复层金属的化学物理性能、接头型式和填充金属等。
为降低基层对复层的稀释作用，复合板焊接时对接接头采用X形坡口双面焊。在坡口制备时，复层和基层需要剥离，剥离宽6mm，剥离后的基层再向下磨1mm。复层不允许有错边，在焊接前尽量复层对齐。
为避免基层碳迁移扩散引起熔合区附近组织脆化，进一步降低焊接残余应力，应采用低线能量焊接工艺，先焊接基层a区、再焊接过渡层b区、最后焊接奥氏体不锈钢复层，以保证复层焊缝金属具有较好的耐蚀性能。焊接工艺参数选择
在焊接过程中需注意下列事项：
（1）采用低氢焊接工艺施焊基层，同时防止复层热影响区的过热和熔化；基层焊接完成后，用磨削法进行清根，并按要求检验合格后方可焊接过渡层；
（2）焊接过渡层前必须清除坡口内任何残留物，焊接过渡层时应尽量减少稀释率，采用合金元素含量比复层更高的填充金属；
（3）需严格控制过渡层焊接的层间温度，用小直径焊条和窄焊道，为保证层间温度，要求焊工在每焊完一层焊缝后，以手触摸焊道感到不太烫为原则，控制层间温度不超过60℃；
（4）焊接复层时，焊缝表面应平整、成型美观。
3.3喷丸处理
焊接完成后，复层表面产生不均匀的塑性变形和部分残余应力，不均匀塑性变形和残余应力与材料的强度、硬度有密切关系，材料强度和硬度高，表面塑性变形就相应增大而释放焊后残余应力。玻璃喷丸表面强化处理是将大量高速运动的喷丸喷射到零件，使金属表面产生强烈的塑性变形，从而获得一定厚度（一般变形深度在0.12=0.75mm）的表面强化层的工艺过程，能够很好地提高焊接构件抗应力腐蚀开裂能力。玻璃丸选用二氧化硅且含量大于67%，直径在0.4-0.6mm之间，硬度为46～50HRC，密度为2.45～2.55/cm3。
用高压气流喷射的玻璃珠，对容器复层焊缝及热影响区进行玻璃喷丸处理，以消除复层焊接接头焊接应力，获得一定厚度的表面强化层，提高焊接接头抗应力腐蚀的能力。
3.4酸洗
不锈钢具有良好的耐腐蚀性能主要是依靠表面致密的钝化膜，如钝化膜不完整或存在缺陷，不锈钢仍会被腐蚀。所以，采用酸洗钝化处理形成钝化膜，采用蓝点法检测。[4]
4 结论
不锈钢复合钢板在加工过程中，选用接近奥氏体不锈钢固溶处理的温度对复合板封头热处理，经水冷快速冷却到400℃以下，经微观金相检验，组织均匀且无敏化现象，满足抗晶间腐蚀和抗脆化的要求；力学性能检验各项力学性能指标均满足要求；采用低线能量的焊接工艺使焊后复层焊缝金属具有较好的耐蚀性能；通过喷丸、酸洗提高表面抗应力腐蚀的能力。重新制造的二个接受槽运行状况良好，截止目前已安全运行4年。实际制造过程表明，不锈钢复合钢板容器在制造过程中，通过热处理、焊接、喷丸和酸洗系列控制措施能有效提高不锈钢复层的抗腐蚀能力。
参考文献
[1] 陈 炜《奥氏体不锈钢焊接的缺陷分析及解决办法》 山西焦煤科技 2003年6月第6期 27
[2] GB713-2008《 锅炉和压力容器用钢板》2008年6月第一版 4
[3] JB4733-1996 《压力容器用爆炸不锈钢复合板》3
[4] GB150-1998 《钢制压力容器》9- 10