压力容器热处理详解

原创 胡伟明  2021-05-24 20:56:00  阅读 116 次 评论 0 条
摘要:

热处理压力容器热处理是专业性与实践性都很强的一项工作。按热处理目的可以分为焊后热处理、恢复或改善性能(力学性能、耐腐蚀性能、加工性能)热处理两类,按热处理对象可分为原材料热处理、零部件热处理、产品热处理等三种。焊后热处理①焊后热处理利用金属在高温下屈服强度的降低,使内应力高的地方产生塑性流变,从而达到消除或者降低焊接残余应力目的一种热处理,属去应力退火。对碳素钢和低合金钢制压力容器是将产品缓慢加热到500~650℃,保温一定时间,然后随炉均匀冷却。焊后热处理的作用主要有:消除或者降低焊接残余应力

热处理

压力容器热处理是专业性与实践性都很强的一项工作。按热处理目的可以分为焊后热处理、恢复或改善性能(力学性能、耐腐蚀性能、加工性能)热处理两类,按热处理对象可分为原材料热处理、零部件热处理、产品热处理等三种。

焊后热处理

①焊后热处理

利用金属在高温下屈服强度的降低,使内应力高的地方产生塑性流变,从而达到消除或者降低焊接残余应力目的一种热处理,属去应力退火。对碳素钢和低合金钢制压力容器是将产品缓慢加热到500~650℃,保温一定时间,然后随炉均匀冷却。焊后热处理的作用主要有:消除或者降低焊接残余应力和冷作硬化,提高接头抗脆断能力;改善焊接头的塑性和韧性,提高抗应力腐蚀能力;稳定焊接构件形状,避免或者减少在焊后机加工和使用过程中的变形;促使焊缝中的氢向外扩散。对那些安全性能有较高要求的压力容器,进行焊后热处理可以提高其安全性。有时,焊后热处理可以与消氢处理、恢复及改善性能热处理合并进行。

②消氧处理

焊后立即将焊件加热到较高温度,提高氢在钢中的扩散系数,使焊缝金属中过饱和状态的氢原子加速扩散逸出,以降低容器产生延迟裂纹可能性的一种热处理。通常加热到200~350℃,保温时间一般应不少于0.5h。需要消氢处理的容器,如焊后随即进行焊后消除应力热处理,可免做焊后消氢处理,但保温时间要控制在16~24h以内。并不是所有金属材料焊接时都会产生延迟裂纹。延迟裂纹的产生与材料的强度级别和化学成分有关,只有强度级别较高的低合金钢才可能发生这一现象。一般需要进行消氢处理的压力容器需要进行焊后热处理,而需要焊后热处理的设备不一定都需要消氢处理。

恢复或改善性能热处理

①冷成形及中温成形后恢复性能热处理

当冷成形及中温成形受压元件变形量较大时会产生加工硬化,使钢材的塑性、韧性降低,同时还会产生较大的内应力。为恢复钢材的性能,消除或降低残余加工应力,必要时应对冷成形及中温成形受压元件进行恢复性能热处理。对于碳索钢和低合金钢制受压元件,这种热处理相当于去应力退火或再结晶退火。必要时,可以将恢复性能热处理与焊后热处理合并进行。

②热加工后恢复性能热处理

热加工可能改变钢材供货状态,可根据设计要求的钢材使用状态对热加工后的受压元件进行必要的热处理。热轧状态使用的钢材,热加工后的受压元件一般可不重新进行热处理;正火状态使用的钢材,热加工后需重新进行正火处理,如果热加工时的加热温度与钢材的正火温度相当,且随炉的热加工工艺试板经评定合格,可不重新进行正火处理;正火加回火使用状态的钢材,热加工后需重新进行正火加回火处理,如果热加工时的加热温度与钢材的正火温度相当,且随炉的热加工工艺试板经回火处理后评定合格,则该受压元件热加工后可仅作回火处理;调质状态使用的钢材,受压元件热加工后应重新进行调质处理;经电渣焊的焊缝组织,应进行正火处理,以达到恢复力学性能和消除应力的目的。

正火与退火的最大区别在于正火的冷却速度快。

③固溶处理

固溶处理是将奥氏体不锈钢加热到1010~1120℃左右,经适当保温使碳化物尽量溶入奥氏体基体,然后快速冷却至室温使碳化物来不及析出呈过饱和状态固溶在基体中,以获得单相奥氏体组织的一种热处理。奥氏体不锈钢的正常交货状态就是固溶状态。在压力容器中,固溶处理可以起到如下作用:对于非超低碳奥氏体不锈钢,固溶处理是防止晶间腐蚀的重要手段;对于经热成形的受压元件可采用固溶处理达到恢复原有性能的目的;对于冷成形或使用工况改变了其奥氏体组织状况时,可以根据实际情况通过固溶处理予以恢复原有性能。例如,冷成形的奥氏体不锈钢受压元件在设计温度处于敏化温度范围并且加工变形率超过某一限度时,应进行成形后的热处理。奥氏体不锈钢受压元件在深冷工况使用时,可以采用冷成形后进行固溶处理的方式恢复低温韧性。

④稳定化处理

稳定化处理是将含有稳定化元素(Ti或Nb)的奥氏体不锈钢加热到850~930℃的高温,经充分保温后,使已在钢中加入的稳定化元素等比较充分地从基体中析出,以TiC、NbC等碳化物的形式沉淀于晶粒边界,使稳定化元素充分发挥作用的一种热处理。稳定化处理只适用于在晶间腐蚀环境下选用含稳定化元素(Ti或Nb)奥氏体不锈钢的场合。

⑤调质(淬火加高温回火)

可以使低合金钢具有较好的综合力学性能。如高压紧固件通常采用的40MnB、35CrMoA等合金钢通过调质处理才能达到要求的力学性能。

⑥中间退火

为消除工件形变强化效应,改善塑性,便于实施后续工序而进行的工序间退火。如,在非应力腐蚀环境下,换热管与管板采用强度胀接连接方式时,可以采用管端局部退火方式降低换热管的硬度,以满足换热管材料的硬度低于管板材料硬度的胀接工艺要求。

原材料热处理、零部件热处理、产品热处理的区别

正火(加回火)、淬火(加固火)、固溶处理(加稳定化处理)的共同特点是在高温适当保温后快速冷却,对于具有密闭空间的压力容器产品是难以实现的,其他冷却速度较为平缓的热处理过程在压力容器产品中是可以实现的。要针对压力容器制造过程中的两类热处理分别明确热处理对象(原材料、零部件、产品),避免错将针对原材料或零部件的热处理与压力容器整体热处理合并进行。有些压力容器制造过程中的热处理难题可以通过改变选材方案、更新结构设计、调整加工工艺、更换工装设备等措施予以解决。


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