付智

摘 要：文中對(duì)低合金低溫鋼壓力容器設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題，包括選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、無(wú)損檢測(cè)等，做了簡(jiǎn)單的介紹并結(jié)合低合金低溫鋼壓力容器的破壞形式，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：低合金低溫鋼；壓力容器設(shè)計(jì)；注意事項(xiàng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.116

在低溫條件下工作的壓力容器稱(chēng)為低溫壓力容器。在冷凍設(shè)備、低溫工程、石油化工等行業(yè)低合金低溫鋼壓力容器的應(yīng)用較為廣泛，低溫技術(shù)的發(fā)展擴(kuò)大了低溫壓力容器的使用范圍。但是在低溫壓力容器的實(shí)際應(yīng)用中，極易受到溫度的影響，隨著使用溫度的降低，壓力容器可能會(huì)發(fā)生脆性斷裂，但是在脆性斷裂前容器結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)或只是局部的極小變形，并且在結(jié)構(gòu)的大范圍也沒(méi)有出現(xiàn)宏觀的整體屈服跡象或者其他明顯征兆，所以這種脆性斷裂往往會(huì)造成出其不意的極大危害，影響著使用單位的人員安全和財(cái)產(chǎn)安全，因此在低合金低溫鋼壓力容器的設(shè)計(jì)中，在選材、制造和檢測(cè)方面均要采取措施，以防止低溫脆性斷裂事故的發(fā)生。

1 低合金低溫鋼壓力容器發(fā)生脆性斷裂的影響因素

（1）鋼板厚度。一般情況下厚鋼板的軋制變形量較小，但是往往終扎溫度較高，晶粒粗大，鋼板內(nèi)部存在偏折的可能性也大，另外厚板在熱處理時(shí)其表層與內(nèi)部的冷卻速度不一，從而導(dǎo)致金相組織的不均勻，因此鋼板越厚其韌性越差，低溫脆性斷裂傾向也越顯著。

（2）環(huán)境低溫或介質(zhì)低溫。壓力容器材料會(huì)因?yàn)榈陀诓牧洗嘈赞D(zhuǎn)變溫度，而由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成脆性狀態(tài)， 導(dǎo)致其塑性韌性降低，在低應(yīng)力情況下可能發(fā)生脆性斷裂。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。容器在加工、制造、安裝過(guò)程中可能會(huì)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生的集中應(yīng)力或其殘余應(yīng)力而導(dǎo)致脆性斷裂。

（4）冶金缺陷。鋼材中的缺陷如偏析、裂紋、白點(diǎn)等冶金缺陷會(huì)使材料的沖擊吸收功下降，脆性轉(zhuǎn)變溫度提高，在低應(yīng)力作用下時(shí)就有可能發(fā)生脆斷。

（5）軋制工藝。通過(guò)控制軋制和冷卻工藝，可使晶粒細(xì)化提高鋼材的韌性，并且降低了脆性轉(zhuǎn)變溫度。

2 低合金低溫鋼壓力容器注意事項(xiàng)

（1）溫度設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。對(duì)于低溫壓力容器，其設(shè)計(jì)溫度是指在正常工作情況下，設(shè)定不高于可能達(dá)到的最低金屬溫度。對(duì)于戶(hù)外儲(chǔ)存的壓力容器，當(dāng)殼體的金屬溫度受大氣環(huán)境溫度影響時(shí)，其最低設(shè)計(jì)溫度應(yīng)按當(dāng)?shù)貧v年來(lái)“月平均最低氣溫”的最低值。對(duì)于工藝流程中的壓力容器，其容器殼體壁溫可以認(rèn)為不受環(huán)境溫度影響，介質(zhì)溫度直接決定著殼體壁溫。還應(yīng)考慮到最低操作溫度、不正常操作、自動(dòng)制冷以及任何其他致冷因素。

（2）選材設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。低合金低溫鋼壓力容器的材料選擇，需要考慮其沖擊韌性與設(shè)計(jì)溫度，結(jié)合材料的拉應(yīng)力水平與焊接要求等因素。容器所使用的鋼材，必須是氧氣轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，并應(yīng)采用爐外精煉工藝，沖擊試樣取樣及制備要符合GB/T2975-1998≤鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性試驗(yàn)取樣位置及試樣制備≥的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試驗(yàn)方法應(yīng)滿(mǎn)足GB/T229-2007≤金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法≥的標(biāo)準(zhǔn)要求。若筒體與厚度等規(guī)格超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，則需要按NB/T47013.3-2015≤承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)≥的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)，合格級(jí)別不低于Ⅲ級(jí)，則為合格產(chǎn)品。選用焊接連接的非受壓部件材料，其脆性轉(zhuǎn)變溫度要在工作溫度以下，將碳、硫含量，控制在合理范圍內(nèi)，低溫沖擊韌性與接頭規(guī)格要和受壓元件的規(guī)格一致，確保其能夠滿(mǎn)足使用要求。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。低合金低溫鋼壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要基于其加工工藝與使用需求，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。需要注意以下事項(xiàng)：盡量采取簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以此降低焊接件的拘束程度；盡量使用流線(xiàn)型容器，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)突變，同時(shí)流線(xiàn)型容器的應(yīng)力分散，能夠避免容器局部應(yīng)力集中，從而降低脆性開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)；在完成焊接后，則需要及時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理；低溫壓力容器與鍛管的材料，要盡量相同，防止出現(xiàn)溫度梯度；接管附件焊接加工時(shí)，要采用全焊透結(jié)構(gòu)，且焊縫圓滑過(guò)渡；容器的底座墊板要與容器材料保持一致，避免直接與容器殼體相焊。

（4）焊接要求?；贜B/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)低合金低溫鋼壓力容器，進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。在選擇焊材時(shí)，需選擇與母材化學(xué)成分相近，力學(xué)性能和低溫沖擊韌性均不低于母材要求的材料。在進(jìn)行壓力容器焊接時(shí)，則要基于低溫鋼的SHCCT曲線(xiàn)，嚴(yán)格控制焊接線(xiàn)能量，避免使得焊道出現(xiàn)過(guò)熱情況。選擇較小的焊接線(xiàn)能量，在多道焊接過(guò)程中，不易形成粗晶組織，能夠保證鋼材的低溫韌性。為了避免焊接卡具和拉筋等對(duì)容器鋼材產(chǎn)生不利影響，在焊接過(guò)程中，這些輔助工裝必須采用和殼體相同的焊接材料和焊接工藝。

（5）無(wú)損檢測(cè)要求。對(duì)低溫容器的內(nèi)部和表面質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，確保其質(zhì)量能夠滿(mǎn)足使用要求。在無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，若設(shè)計(jì)壓力大于或者等于1.6MPa，設(shè)計(jì)溫度低于-40℃，殼體厚度>25mm，則對(duì)接接頭應(yīng)用取超聲波進(jìn)行檢測(cè)，其他情況一般建議使用射線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。以上條件下的C、D類(lèi)焊接接頭以及角焊縫等可及表面，受壓殼體工裝卡具臨時(shí)附件拆除的焊痕表面，都應(yīng)進(jìn)行表面磁粉檢測(cè)或表面滲透檢測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著低合金低溫鋼壓力容器被廣泛的應(yīng)用，其質(zhì)量也備受人們的關(guān)注，因而加強(qiáng)對(duì)其設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究便迫在眉睫。文中就低合金低溫鋼壓力容器在設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)等質(zhì)量控制措施方面提出了幾點(diǎn)建議，以加強(qiáng)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中對(duì)注意問(wèn)題的控制，確保低溫壓力容器的質(zhì)量。

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