雙相不銹鋼的特性及其在壓力容器制造中的技術(shù)應(yīng)用

包增成

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院常州分院

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用。

關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼；壓力容器；設(shè)計制造；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，對正常生產(chǎn)造成嚴重影響，生產(chǎn)效率低下。而雙相不銹鋼抗腐蝕與抗孔蝕性能強，屈強度高，塑性能力強，有著不錯的低溫沖擊性，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，是把體積分數(shù)為45%-65% 的鐵素體與體積分數(shù)為65%-45% 的奧氏體相結(jié)合而成。雙相不銹鋼有較高的強度與耐應(yīng)力腐蝕性，對晶間腐蝕的靈敏度不高。相關(guān)研究顯示，若對雙相不銹鋼化學(xué)成分范圍進行更加嚴格控制，生產(chǎn)出材料的耐腐蝕性能也就會越高，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，304 L和316 L的SCC應(yīng)力腐蝕開裂傾向不會出現(xiàn)在雙相不銹鋼材上。

（三）生產(chǎn)壓力容器的優(yōu)點

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

雙相不銹鋼強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)省運輸與安裝費用，有著不錯的經(jīng)濟效益。

三、雙相不銹鋼運用到壓力容器生產(chǎn)中

（一）檢測壓力容器生產(chǎn)材料

要保證生產(chǎn)壓力容器材料質(zhì)量與規(guī)格滿足國家與行業(yè)標準。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，驗收生產(chǎn)鋼材。針對選用雙相不銹鋼生產(chǎn)壓力容器，要復(fù)驗材料，以確保容器的可以安全使用。

第一，檢測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，需要檢測上述元素是否達到標準，以決定可否用于生產(chǎn)當中。若需要對材料進行熱處置時，只許可對原材料執(zhí)行一次固溶處置，即把材料放入1050℃-1150℃水中進行水淬。其次，利用顯微金相法測定管、板母材面積的百分含量來檢測材料的相比例，檢測結(jié)果需要滿足GB6410標準，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)參考標準，測試管、板材的耐晶間腐蝕與耐點蝕能力，點蝕測試溫度必須保持大35℃以上。設(shè)計過程中，工程項目有著嚴格有要求，對于管、板材的力學(xué)能力、管材尺寸大小等。所以，測試人員需要測試以上項目，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，會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，進行冷加工材料時，需要最大化的降低變形次數(shù)，減輕工序量，縮小工序間的對接時間。

（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中，由此其具有不錯的焊接性能，無需進行焊接前進行預(yù)熱和焊接后進行熱處理。材料厚度在12mm以上時，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，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行熱處理。雖然Cr25型有著不錯的焊接性能，但是當其包含Mo時，478℃脆性傾向就會變得較為明顯，s相脆化傾向也會出現(xiàn)，因此，很有必要對焊接操作進行嚴格把控。

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，焊縫金屬的熱裂紋的敏感度也會不高。但是，當約束限制過大和焊縫金屬的氫的含量過大時，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，需要把握氫的源頭，在開始焊接前進行預(yù)處置。

2.焊接工序關(guān)鍵點

（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。上述兩種焊條焊接薄板或中厚鋼板時，不需要進行焊接前的預(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，禁止橫向擺動焊條，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加一道焊縫上。待焊接流程全部完成后，務(wù)必清除補加的那道焊縫，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。所以，在設(shè)計壓力容器時，眾多技術(shù)務(wù)必要滿足要求，防止出現(xiàn)設(shè)計不當而引發(fā)無法生產(chǎn)壓力容器，對其質(zhì)量與工業(yè)生產(chǎn)帶去影響。設(shè)計人員主要職責(zé)就是保障壓力容器的各項指標達到設(shè)計標準，除了壓力容器質(zhì)量要滿足設(shè)計標準外，生產(chǎn)壓力容器當中，生產(chǎn)技術(shù)也一樣滿足各項標準。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合適的生產(chǎn)材料，另一方面得益于壓力容器的設(shè)計與生產(chǎn)符合工程的使用標準。從而增加壓力容器的使用壽命，使用時間得以延長。但是，在使用壓力容器時，還需要密切注意觀察潛在的問題：但是，在使用壓力容器時，需要關(guān)注一些情況，比如：燒穿壓力容器管壁，黑點出現(xiàn)在管壁上等，主要目的在于最大程度地延長壓力容器使用年限。

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