包增成

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院常州分院

關(guān)鍵詞：煉化裝置中極為重要的設(shè)備就是壓力容器，而裝置的生產(chǎn)效率受其性能制約。因此，壓力容器的生產(chǎn)材料與制造技術(shù)就是其核心。雙相不銹鋼突出的性能，使得其被廣泛運(yùn)用制造耐腐蝕壓力容器上。本文闡述雙相不銹鋼概況、雙相不銹鋼特性及在壓力容器制造當(dāng)中雙相不銹鋼技術(shù)的應(yīng)用，以大力推廣雙相不銹鋼的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼；壓力容器；設(shè)計(jì)制造；技術(shù)

過去使用普通碳素鋼和低合金鋼生產(chǎn)壓力容器，生產(chǎn)出的容器缺少足夠的耐應(yīng)力與耐腐蝕性能，以致常常引發(fā)泄漏，對(duì)正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，生產(chǎn)效率低下。而雙相不銹鋼抗腐蝕與抗孔蝕性能強(qiáng)，屈強(qiáng)度高，塑性能力強(qiáng)，有著不錯(cuò)的低溫沖擊性，較大的導(dǎo)熱系數(shù)，較小的線膨脹系數(shù)與熱裂傾向，焊接性能高。目前，化工、石油工業(yè)、煤氣、海洋等領(lǐng)域廣泛使用雙相不銹鋼。

一、雙相不銹鋼概況

雙相不銹鋼又稱為奧氏體--鐵素體不銹鋼，是把體積分?jǐn)?shù)為45%-65% 的鐵素體與體積分?jǐn)?shù)為65%-45% 的奧氏體相結(jié)合而成。雙相不銹鋼有較高的強(qiáng)度與耐應(yīng)力腐蝕性，對(duì)晶間腐蝕的靈敏度不高。相關(guān)研究顯示，若對(duì)雙相不銹鋼化學(xué)成分范圍進(jìn)行更加嚴(yán)格控制，生產(chǎn)出材料的耐腐蝕性能也就會(huì)越高，還可以降低金屬間有害相的析出。

二、雙相不銹鋼特性

（一）組織構(gòu)造

構(gòu)成雙相不銹鋼的材料中，鐵素體與奧氏體相各占一半的比例，通常體相的最低含量不得低于35%。

（二）抗腐蝕性

Mo、Cr和N元素含量決定了鋼材的抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能。雙相不銹可以很好抵抗耐氯化物的應(yīng)力腐蝕，溫度在60 ℃之上時(shí)，304 L和316 L的SCC應(yīng)力腐蝕開裂傾向不會(huì)出現(xiàn)在雙相不銹鋼材上。

（三）生產(chǎn)壓力容器的優(yōu)點(diǎn)

雙相不銹鋼擁有極強(qiáng)的抗腐蝕性能，使其成為生產(chǎn)壓力容器材料的最大優(yōu)勢(shì)。

雙相不銹鋼強(qiáng)度超過奧氏體不銹鋼的2.5倍，可以大大減少厚度、成本與消耗的焊接材料，可以減輕工作量，縮短探傷時(shí)間，大幅度下降設(shè)備重量。就大型設(shè)備來說，可以大為節(jié)省運(yùn)輸與安裝費(fèi)用，有著不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。

三、雙相不銹鋼運(yùn)用到壓力容器生產(chǎn)中

（一）檢測(cè)壓力容器生產(chǎn)材料

要保證生產(chǎn)壓力容器材料質(zhì)量與規(guī)格滿足國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)壓力容器的鋼材要可以提供鋼材生產(chǎn)單位出具的鋼材質(zhì)量證明書。生產(chǎn)單位根據(jù)質(zhì)量證明書，驗(yàn)收生產(chǎn)鋼材。針對(duì)選用雙相不銹鋼生產(chǎn)壓力容器，要復(fù)驗(yàn)材料，以確保容器的可以安全使用。

第一，檢測(cè)所選用的材料的化學(xué)成分。雙相不銹鋼中通常含有以下元素：錳、磷、硫、鉬、硅、鉻、碳、鎳等，需要檢測(cè)上述元素是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，以決定可否用于生產(chǎn)當(dāng)中。若需要對(duì)材料進(jìn)行熱處置時(shí)，只許可對(duì)原材料執(zhí)行一次固溶處置，即把材料放入1050℃-1150℃水中進(jìn)行水淬。其次，利用顯微金相法測(cè)定管、板母材面積的百分含量來檢測(cè)材料的相比例，檢測(cè)結(jié)果需要滿足GB6410標(biāo)準(zhǔn)，雙相不銹鋼中鐵素體相含量需要保持在45%～65%之間。再接著，根據(jù)參考標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試管、板材的耐晶間腐蝕與耐點(diǎn)蝕能力，點(diǎn)蝕測(cè)試溫度必須保持大35℃以上。設(shè)計(jì)過程中，工程項(xiàng)目有著嚴(yán)格有要求，對(duì)于管、板材的力學(xué)能力、管材尺寸大小等。所以，測(cè)試人員需要測(cè)試以上項(xiàng)目，以保證材料符合生產(chǎn)要求。

（二）冷熱加工方法

可以采用熱加工方法加工雙相不銹鋼，但是加工溫度受到約束。執(zhí)行熱加工時(shí)，會(huì)引起碳化物和氮化物的產(chǎn)生，使金相組織發(fā)生改變，其耐腐蝕性下降。所以，執(zhí)行熱加工后，需要對(duì)雙相不銹鋼采取固熔熱處置。設(shè)備的零件與部件可以采用冷加工方法，但是冷作硬化現(xiàn)象比較突出，因此，進(jìn)行冷加工材料時(shí)，需要最大化的降低變形次數(shù)，減輕工序量，縮小工序間的對(duì)接時(shí)間。

（三）焊接流程

1.焊接工序特色

凝固結(jié)晶的單相鐵素體存在于雙相不銹鋼當(dāng)中，由此其具有不錯(cuò)的焊接性能，無需進(jìn)行焊接前進(jìn)行預(yù)熱和焊接后進(jìn)行熱處理。材料厚度在12mm以上時(shí)，建議焊接前的預(yù)熱溫度的最高值為100℃，各層之間的預(yù)熱溫度把握在155℃-210℃之間。如果焊接之后，需要執(zhí)行固溶熱處理時(shí)，各層之間溫度不受約束。Cr23、Cr22、Cr18型等幾類鋼有著較小的478℃ 脆性和s相脆化傾向，雙相組織比較穩(wěn)定，有著不錯(cuò)的焊接性能，焊接之前可以無需預(yù)熱，焊接之后也不需要進(jìn)行熱處理。雖然Cr25型有著不錯(cuò)的焊接性能，但是當(dāng)其包含Mo時(shí)，478℃脆性傾向就會(huì)變得較為明顯，s相脆化傾向也會(huì)出現(xiàn)，因此，很有必要對(duì)焊接操作進(jìn)行嚴(yán)格把控。

一般的約束限制下，焊縫金屬的熱裂紋的敏感度不高，雙相組織比例適中時(shí)，焊縫金屬的熱裂紋的敏感度也會(huì)不高。但是，當(dāng)約束限制過大和焊縫金屬的氫的含量過大時(shí)，就有可能出現(xiàn)焊接氫致裂紋。所以，在選擇焊接村料與操作焊接時(shí)，需要把握氫的源頭，在開始焊接前進(jìn)行預(yù)處置。

2.焊接工序關(guān)鍵點(diǎn)

（1）焊接手段與材料

通常選用手工電弧焊或氬弧焊。焊接中、厚鋼板一般選用手工電弧焊，焊條選擇A314和AO24Si牌號(hào)。上述兩種焊條焊接薄板或中厚鋼板時(shí)，不需要進(jìn)行焊接前的預(yù)熱，焊接之后也無需執(zhí)行熱處置。焊接薄板一般選用氬弧焊，可選擇母材金屬作為填充焊絲。

（2）選擇小的熱輸入操作焊接，也就是，在確保焊接質(zhì)量基礎(chǔ)之上，焊接 電流選擇較小的，焊接速度挑選較快的。執(zhí)行窄焊縫多焊道，各層之間溫度在100℃以上，操作焊接時(shí)，禁止橫向擺動(dòng)焊條，以降低與避免單相鐵素體組織和粗大晶粒產(chǎn)生于焊縫和熱影響區(qū)中。

（3）與奧氏體不銹鋼焊縫不同之處在于，需要最先焊接接觸腐蝕介質(zhì)的焊縫，把最后一道焊縫挪到非接觸介質(zhì)的那一方。這樣操作的最終目的就是借助厚道焊縫，熱處置原先焊縫，讓處在原先焊縫與熱影響區(qū)的部分單相鐵素體組織轉(zhuǎn)變成奧氏體組織。

（4）若需要最后焊接接觸介質(zhì)的焊縫，就需要在原先焊縫上補(bǔ)加一道焊縫上。待焊接流程全部完成后，務(wù)必清除補(bǔ)加的那道焊縫，即：熱處置接觸介質(zhì)焊縫。

結(jié)束語：

正常壓力容器生產(chǎn)與確保壓力容器質(zhì)量的核心就是雙相不銹鋼壓力容器的設(shè)計(jì)。所以，在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，眾多技術(shù)務(wù)必要滿足要求，防止出現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)而引發(fā)無法生產(chǎn)壓力容器，對(duì)其質(zhì)量與工業(yè)生產(chǎn)帶去影響。設(shè)計(jì)人員主要職責(zé)就是保障壓力容器的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，除了壓力容器質(zhì)量要滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，生產(chǎn)壓力容器當(dāng)中，生產(chǎn)技術(shù)也一樣滿足各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。雙相不銹鋼生產(chǎn)壓力容器，提高了壓力容器的耐應(yīng)力、耐腐蝕性與抗點(diǎn)蝕的能力，大大降低壓力容器泄漏現(xiàn)象的出現(xiàn)頻率。壓力容器必性能與質(zhì)量的提升，一方面依賴于選取恰當(dāng)合適的生產(chǎn)材料，另一方面得益于壓力容器的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)符合工程的使用標(biāo)準(zhǔn)。從而增加壓力容器的使用壽命，使用時(shí)間得以延長(zhǎng)。但是，在使用壓力容器時(shí)，還需要密切注意觀察潛在的問題：但是，在使用壓力容器時(shí)，需要關(guān)注一些情況，比如：燒穿壓力容器管壁，黑點(diǎn)出現(xiàn)在管壁上等，主要目的在于最大程度地延長(zhǎng)壓力容器使用年限。

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