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[摘 要]由于不锈钢复合钢板比不仅具有不锈钢的良好的耐腐蚀性， 还具有低合金钢的强度和加工性能。与不锈钢容器相比，可大大降低设备造价，所以在压力容器中应用越来越广泛。然而，复合钢板压力容器在设计中与不锈钢及碳钢压力容器并不相同。本文总结复合钢板压力容器在设计及制造中的常见问题。
[关键词]复合钢板、热处理、焊接坡口
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0327-01
1 概述
随着工艺技术的不断发展，设备大型化逐步成为一种趋势。为了降低设备的成本，提高经济效益，许多重要设备，越来越多采用不锈钢复合钢板来满足生产需要。复合钢板具有单层金属材料所不具有的优异性能以及力学特性，能够满足高强度、耐腐蚀等性能。压力容器行业应用最为广泛的为不锈钢不和钢板。
不锈钢复合钢板是以碳钢或低合金钢作为基层，以不锈钢作为复层同坐轧制、焊接、堆焊等方式制成的钢板。基层材料主要用以满足设备安全的结构强度和刚度的要求，复层则用以满足盛装介质的腐蚀、磨削等特殊性能的要求。不锈钢复合板比整体不锈钢板可节约铬、镍元素的70%～80%，复合板中不锈钢仅占1/5～1/6，可极大的节省不锈钢板材，成本仅为不锈钢板材的1/3，价格可降至整体不锈钢的3/4～2/3，有着巨大的经济及社会效益。
2 压力容器设计
2.1材料选择
2.1.1 复合钢板
1）基层材料的选择
基层材料选择主要根据设备的工作温度、工作压力、使用成本、加工性能，并通过计算比较后确定。
2）复层材料的选择
复层材料的选择应根据介质的特性要求进行选择，如耐腐蚀、防污染和经济效果确定。而部分設备需热加工或需进行焊后热处理，为了保证耐不锈钢复层耐晶间腐蚀，最好选用超低碳型不锈钢复层。较为常见的不锈钢复层材料为S30403或S31603不锈钢钢板。
2.1.2 接管
1）对于容器接管，小直径接管可直接采用与复层材料相同的不锈钢接管或锻件。
2）对于直径大于DN300的接管，为节省材料，锻制接管可采用碳钢材料，内部堆焊不锈钢。对于钢制人孔，可选用衬不锈钢人孔。
2.2 复合钢板压力容器的计算
对于不锈钢复合钢板的壳体，在对容器进行设计计算时，一般仅考虑基层材料的强度。对于复层材料的强度一般略去不计。而对于复合钢板的基层与复层结合率达到98%以上的复合钢板，在设计计算中，如有必要，强度计算时可将复层材料计入。
工程中计算一般仅考虑基层钢板厚度，复层钢板厚度根据腐蚀余量及设计寿命进行确定。
2.3 复合钢板的焊接
2.3.1 焊接顺序
由于复合钢板基层和复层在物理性能、化学成分上存在较大差异。复合钢板焊接接头不但要保证力学性能， 而且还要保证所要求的耐蚀性能等 。一般情况下应对基层、复层分别进行焊接， 焊接材料、焊接工艺等分别按基层、复层来选择。基层和复层交界处的焊接属于异种金属的焊接， 大多数情况下需要过渡层。
复合钢板的焊接顺序一般情况下是先焊接基层， 经检测合格后再焊接过渡层和复层。复合钢板的焊接顺序， 焊接材料的选择以及焊接工艺方法取决于焊接时可接近的复合钢板侧和钢板的厚度 。
2.3.2 焊接坡口
焊接坡口的设计在不锈钢复合板的焊接过程中起着至关重要的作用。
对于焊接坡口，可在距复层下1.5～2.5mm深处刨出一个台阶，并使复层坡口边缘远离基层坡口。可使过渡层明确，避免在施焊过程中分不清基层与复层，从而导致基层碳钢焊条焊到复层不锈钢上，使接头产生马氏体组织，产生裂纹。同时避免夹渣产生，使复层边缘远离焊缝中心，因此在焊接热循环过程中，最高峰值温度大大降低，避免应焊基层时反复受热膨胀，引起复层张口，出现夹渣可能
2.3.3 焊接结构设计
对于复合钢板容器的内部附件，如塔盘支撑板、填料支撑等，在内部焊接时，应使支撑件与基层板焊接。焊接节点如下
内件与复合板内壁焊接详图
3 复合钢板容器设计制造时注意事项
3.1 热处理问题
由于容器制造时会产生过大的焊接应力，会对容器的安全生产产生危害，对于中厚板制造的容器都需进行焊后消除应力热处理。而复合层的奥氏体不锈钢的去应力处理温度正好是应避免的敏化温度区 ，会导致奥氏体不锈钢焊接接头的耐晶间腐蚀性能下降 。
不锈钢的敏化温度区，是指不锈钢在420～850度之间停留过长，会由于碳化铬的析出而造成晶间贫铬，增加材料的晶间腐蚀倾向。
因此 ，对于不锈复合钢压力容器 ，既要保证焊接应力的消除 ，又要保证耐晶间腐蚀性能合格 ，难度较大。目前通常做法是 ，焊接时采用较小的电流和较小的线能量及较大的线速度，以减少基层碳对过渡层的稀释而增加不锈钢过渡层及复层焊缝的碳含量，同时避免不锈钢过渡层焊缝中的铬、镍含量被稀释而下降。在600°左右焊后热处理，出炉冷却速度要快，减少不锈钢复层材料的晶间腐蚀倾向。
3.2 酸洗钝化处理
对于有防腐要求的不锈钢复合板容器表面都需进行酸洗钝化处理，如酸洗钝化在焊后热处理前进行，热处理会使耐腐蚀的钝化膜遭到破坏。因此，一般酸洗钝化需在热处理后进行。
3.3 钢板厚度偏差问题
按照 NB/T47002.1-2009《压力容器用爆炸焊接复合板》中 7.7.1 规定，不锈钢复合钢板厚度偏差应符合下表要求：
而对于按照 GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》及GB713-2008《压力容器用钢板》中，分别对不锈钢及碳钢提出钢板偏差要求，而在复合后，会造成不锈钢复合板基材与复材的负偏差的累积。所以在不锈钢复合板压力容器设计或者制造时，为了保证压力容器的安全使用，对此均应给予足够的重视。
参考文献
【1】《复合钢板的发展现状》，中国稀土学报，2005年12月。
【2】《不锈钢复合钢板压力容器设计、制造厚度偏差探讨》，化学工程与装备，2015年第8期。
【3】《复合钢板在压力容器中的应用》，锅炉制造，2015年9月。
[关键词]复合钢板、热处理、焊接坡口
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0327-01
1 概述
随着工艺技术的不断发展，设备大型化逐步成为一种趋势。为了降低设备的成本，提高经济效益，许多重要设备，越来越多采用不锈钢复合钢板来满足生产需要。复合钢板具有单层金属材料所不具有的优异性能以及力学特性，能够满足高强度、耐腐蚀等性能。压力容器行业应用最为广泛的为不锈钢不和钢板。
不锈钢复合钢板是以碳钢或低合金钢作为基层，以不锈钢作为复层同坐轧制、焊接、堆焊等方式制成的钢板。基层材料主要用以满足设备安全的结构强度和刚度的要求，复层则用以满足盛装介质的腐蚀、磨削等特殊性能的要求。不锈钢复合板比整体不锈钢板可节约铬、镍元素的70%～80%，复合板中不锈钢仅占1/5～1/6，可极大的节省不锈钢板材，成本仅为不锈钢板材的1/3，价格可降至整体不锈钢的3/4～2/3，有着巨大的经济及社会效益。
2 压力容器设计
2.1材料选择
2.1.1 复合钢板
1）基层材料的选择
基层材料选择主要根据设备的工作温度、工作压力、使用成本、加工性能，并通过计算比较后确定。
2）复层材料的选择
复层材料的选择应根据介质的特性要求进行选择，如耐腐蚀、防污染和经济效果确定。而部分設备需热加工或需进行焊后热处理，为了保证耐不锈钢复层耐晶间腐蚀，最好选用超低碳型不锈钢复层。较为常见的不锈钢复层材料为S30403或S31603不锈钢钢板。
2.1.2 接管
1）对于容器接管，小直径接管可直接采用与复层材料相同的不锈钢接管或锻件。
2）对于直径大于DN300的接管，为节省材料，锻制接管可采用碳钢材料，内部堆焊不锈钢。对于钢制人孔，可选用衬不锈钢人孔。
2.2 复合钢板压力容器的计算
对于不锈钢复合钢板的壳体，在对容器进行设计计算时，一般仅考虑基层材料的强度。对于复层材料的强度一般略去不计。而对于复合钢板的基层与复层结合率达到98%以上的复合钢板，在设计计算中，如有必要，强度计算时可将复层材料计入。
工程中计算一般仅考虑基层钢板厚度，复层钢板厚度根据腐蚀余量及设计寿命进行确定。
2.3 复合钢板的焊接
2.3.1 焊接顺序
由于复合钢板基层和复层在物理性能、化学成分上存在较大差异。复合钢板焊接接头不但要保证力学性能， 而且还要保证所要求的耐蚀性能等 。一般情况下应对基层、复层分别进行焊接， 焊接材料、焊接工艺等分别按基层、复层来选择。基层和复层交界处的焊接属于异种金属的焊接， 大多数情况下需要过渡层。
复合钢板的焊接顺序一般情况下是先焊接基层， 经检测合格后再焊接过渡层和复层。复合钢板的焊接顺序， 焊接材料的选择以及焊接工艺方法取决于焊接时可接近的复合钢板侧和钢板的厚度 。
2.3.2 焊接坡口
焊接坡口的设计在不锈钢复合板的焊接过程中起着至关重要的作用。
对于焊接坡口，可在距复层下1.5～2.5mm深处刨出一个台阶，并使复层坡口边缘远离基层坡口。可使过渡层明确，避免在施焊过程中分不清基层与复层，从而导致基层碳钢焊条焊到复层不锈钢上，使接头产生马氏体组织，产生裂纹。同时避免夹渣产生，使复层边缘远离焊缝中心，因此在焊接热循环过程中，最高峰值温度大大降低，避免应焊基层时反复受热膨胀，引起复层张口，出现夹渣可能
2.3.3 焊接结构设计
对于复合钢板容器的内部附件，如塔盘支撑板、填料支撑等，在内部焊接时，应使支撑件与基层板焊接。焊接节点如下
内件与复合板内壁焊接详图
3 复合钢板容器设计制造时注意事项
3.1 热处理问题
由于容器制造时会产生过大的焊接应力，会对容器的安全生产产生危害，对于中厚板制造的容器都需进行焊后消除应力热处理。而复合层的奥氏体不锈钢的去应力处理温度正好是应避免的敏化温度区 ，会导致奥氏体不锈钢焊接接头的耐晶间腐蚀性能下降 。
不锈钢的敏化温度区，是指不锈钢在420～850度之间停留过长，会由于碳化铬的析出而造成晶间贫铬，增加材料的晶间腐蚀倾向。
因此 ，对于不锈复合钢压力容器 ，既要保证焊接应力的消除 ，又要保证耐晶间腐蚀性能合格 ，难度较大。目前通常做法是 ，焊接时采用较小的电流和较小的线能量及较大的线速度，以减少基层碳对过渡层的稀释而增加不锈钢过渡层及复层焊缝的碳含量，同时避免不锈钢过渡层焊缝中的铬、镍含量被稀释而下降。在600°左右焊后热处理，出炉冷却速度要快，减少不锈钢复层材料的晶间腐蚀倾向。
3.2 酸洗钝化处理
对于有防腐要求的不锈钢复合板容器表面都需进行酸洗钝化处理，如酸洗钝化在焊后热处理前进行，热处理会使耐腐蚀的钝化膜遭到破坏。因此，一般酸洗钝化需在热处理后进行。
3.3 钢板厚度偏差问题
按照 NB/T47002.1-2009《压力容器用爆炸焊接复合板》中 7.7.1 规定，不锈钢复合钢板厚度偏差应符合下表要求：
而对于按照 GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》及GB713-2008《压力容器用钢板》中，分别对不锈钢及碳钢提出钢板偏差要求，而在复合后，会造成不锈钢复合板基材与复材的负偏差的累积。所以在不锈钢复合板压力容器设计或者制造时，为了保证压力容器的安全使用，对此均应给予足够的重视。
参考文献
【1】《复合钢板的发展现状》，中国稀土学报，2005年12月。
【2】《不锈钢复合钢板压力容器设计、制造厚度偏差探讨》，化学工程与装备，2015年第8期。
【3】《复合钢板在压力容器中的应用》，锅炉制造，2015年9月。