熱處理技術(shù)在石油化工壓力容器中的應(yīng)用研究

田艷龍 王星亞 張芳

摘 要：石化工業(yè)當(dāng)中，壓力容器屬于非常重要的設(shè)備。石化壓力容器所用的材料，其性能和石化產(chǎn)業(yè)能不能穩(wěn)定、安全生產(chǎn)有直接關(guān)系，決定著石化企業(yè)最后獲得的生產(chǎn)效益。熱處理技術(shù)，能夠改善石化壓力容器的材料性能，本文將以石化壓力容器為研究對(duì)象，使用熱處理技術(shù)，提出合理的使用方法。

關(guān)鍵詞：熱處理;石油化工;壓力容器

前言：石化行業(yè)在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中意義重大，石化行業(yè)中壓力容器屬于非常重要的設(shè)備，是特種設(shè)備的一種。石化企業(yè)所用的壓力容器是否安全，關(guān)系到石化企業(yè)能不能順利完成生產(chǎn)。石化企業(yè)的壓力容器本身處于復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，所以其基體材料很容易在外界環(huán)境作用下，發(fā)生腐蝕問題。容器焊縫是斷裂問題頻現(xiàn)的區(qū)域。所以石化工業(yè)在發(fā)展中，壓力容器需要根據(jù)環(huán)境、材料情況合理使用熱處理工藝，做好操作流程管理，減少壓力容器中的殘余內(nèi)應(yīng)力，保障材料機(jī)械性達(dá)標(biāo)，提高石化壓力容器穩(wěn)定性與壽命，規(guī)避各種安全事故問題。

1 熱處理技術(shù)概念與意義

所謂的熱處理技術(shù)，說的是在某種介質(zhì)中放置金屬材料，隨后對(duì)其進(jìn)行冷卻、保溫與加工處理，用于改善金屬材料的成分、表面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善材料的機(jī)械性能，是內(nèi)部殘余應(yīng)力的常見消除方法。石化壓力容器生產(chǎn)加工的時(shí)候，焊接、折彎等工藝，都有可能會(huì)在基體中出現(xiàn)殘余內(nèi)應(yīng)力。殘余內(nèi)應(yīng)力會(huì)降低金屬材料抗疲勞能力與材料強(qiáng)度，引起應(yīng)力腐蝕、材料脆性斷裂情況?；w斷裂是殘余內(nèi)應(yīng)力所引起的[1]。比如生產(chǎn)過程中，高強(qiáng)度鋼材料如果您已出現(xiàn)氫脆情況，為防止出現(xiàn)氫脆問題，需要使用脫氫技術(shù)。脫氫技術(shù)是熱處理工藝的一種。除此之外，殘余內(nèi)應(yīng)力也是零件變形的重要誘因，容易導(dǎo)致零部件尺寸精度受到影響。在金屬零部件的加工中，熱處理技術(shù)是非常重要的。

2 熱處理技術(shù)加工工藝分析

按照熱處理技術(shù)目標(biāo)，能夠?qū)⒓夹g(shù)分成預(yù)先熱處理、最終熱處理兩種類型。其中的預(yù)先熱處理，說的是消除上一道工序缺陷，從而在后面工序的加工步驟中使用而設(shè)置熱處理。而最終熱處理，說的是將保障零件使用性能為前提準(zhǔn)備的熱處理技術(shù)。按照熱處理技術(shù)性質(zhì)，技術(shù)能夠分成普通、形變以及化學(xué)三種熱處理形式[2]。普通熱處理，只能改變金屬組織結(jié)構(gòu)和外形。形變熱處理，充分結(jié)合了熱處理強(qiáng)化與材料形變強(qiáng)化。不難看出，普通與形變這兩種熱處理工藝，追求的都是對(duì)材料成分進(jìn)行改變?；瘜W(xué)熱處理實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)與成分改變。

目前，熱處理技術(shù)的常見手段包括回火、退火、淬火以及正火。以上幾種熱處理工藝，其本質(zhì)是以可控條件為前提，加熱、保溫與冷卻金屬材料，精準(zhǔn)控制上述三種工藝，能夠提高石化壓力容器的穩(wěn)定性與機(jī)械性能。熱處理的加熱，使用的是電熱法與內(nèi)燃法。也就是說，在特定溫度條件下，金屬材料被加熱，達(dá)到特定溫度以后，需要使用保溫技術(shù)，使金屬材料溫度維持在特定的指標(biāo)。該過程中，金屬材料的殘余內(nèi)應(yīng)力、硬度、材料強(qiáng)度、組織結(jié)構(gòu)全都發(fā)生變化。保溫時(shí)間到了以后，及時(shí)冷卻材料。即此時(shí)金屬材料冷卻的速度，和材料組織結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能有直接關(guān)系，決定著最后機(jī)械設(shè)備是否穩(wěn)定。

3 石化壓力容器中的熱處理技術(shù)使用分析

3.1焊接前預(yù)熱

在金屬材料溫度達(dá)到特定溫度以后，對(duì)材料進(jìn)行與熱處理。在高溫環(huán)境中，基體材料組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，在特定程度上，減少了金屬材料硬度與強(qiáng)度，能夠改善金屬材料焊接性。

石化工業(yè)中的壓力容器，在焊接之前必須預(yù)熱，預(yù)熱一共有下面三個(gè)作用。首先，預(yù)熱材料以后，能夠控制焊接以后的材料冷卻速度，讓基體材料中的氫開始脫離，能夠防止氫斷裂情況。在預(yù)熱操作中，焊后冷卻速度得到了很好的控制，防止了焊縫金屬氫溢出，防止了氫致裂紋的出現(xiàn)，能夠降低焊接部位淬硬強(qiáng)度，提高焊接部位抗裂性。在局部均勻加熱或是整體均勻加入中，焊接部位和周圍部位溫差得到了很好的控制，能夠減少焊接中的應(yīng)力大小。在預(yù)熱中，焊接的應(yīng)變速率得到了很好的控制，可以避免焊接裂紋的出現(xiàn)。在預(yù)熱中，焊接的基體拘束度得到控制，在特定范圍中，提高了余熱溫度，能夠防止裂紋情況發(fā)生。石化壓力容器的焊接，需要考慮焊條化學(xué)成分以及基體材料情況，根據(jù)焊接方式、焊接剛性情況，確定層間溫度與預(yù)熱溫度。

3.2焊接后熱處理

完成石化壓力容器焊接以后，之所以進(jìn)行熱處理，為的是：首先能夠去除材料中的氫。焊接完金屬材料以后，焊接部位的溫度如果仍舊在100攝氏度以上，那么低溫?zé)崽幚聿牧希湍芗涌旌附硬课灰约盁嵊绊憛^(qū)的氫脫離速度，能夠防止低合金鋼一類的石化壓力容器材料出現(xiàn)氫脆情況，避免焊接部位裂紋現(xiàn)象發(fā)生。其次能夠消除焊接中引發(fā)的殘余內(nèi)應(yīng)力。焊接期間，材料因?yàn)榭焖偕郎嘏c冷卻，內(nèi)部就容易出現(xiàn)不均勻內(nèi)應(yīng)力。此外石化壓力容器的焊接，外界和本身拘束，引起了內(nèi)應(yīng)力現(xiàn)象。通過焊接的方式，就能消除殘余內(nèi)應(yīng)力。最后能夠改善材料力學(xué)性能。在石化系統(tǒng)中，石化壓力容器大多使用合金鋼材料焊接的接頭，焊接以后組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，會(huì)有一些淬硬組織，對(duì)金屬材料機(jī)械性能造成很大的破壞。焊接后的熱處理，能夠降低材料硬度，可以實(shí)現(xiàn)焊接部位熱性與塑性的改善，賦予了材料更出眾的力學(xué)性能，并且有效提高了石化壓力容器組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與尺寸精度、穩(wěn)定性。石化壓力容器結(jié)構(gòu)件，如果使用的是普通材料，那么結(jié)束焊接以后，只需要去應(yīng)力退火熱處理就行。高碳鋼結(jié)構(gòu)件、中碳鋼結(jié)構(gòu)件、補(bǔ)焊件、不同材料焊接件一般要用均勻化基體材料組織的方法，使其成分更加均勻，這樣才能消除焊接內(nèi)應(yīng)力。

3.3特殊化學(xué)熱處理

石化壓力容器是由各種各樣零部件組成的，不同零部件有著不同的功能和作用。不同零部件的機(jī)械性能側(cè)重點(diǎn)大不相同。石化壓力容器的生產(chǎn)期間，對(duì)零部件有著許多要求。首先零部件必須有足夠的耐磨性。常規(guī)鋼材料零件，一般通過滲碳淬火的方法，零部件的表面能夠形成高碳馬氏體硬化表層。合金鋼零件一般用滲氮法，從而在零部件的表面生成合金氮化物彌散硬化表層。以上兩種手段，是零部件表明硬度提升技術(shù)中，效果十分明顯的，能夠讓硬度達(dá)到HRC60級(jí)別。其次，有些零部件耐疲勞強(qiáng)度要求比較高，使用滲氮和滲碳兩種熱處理手段，都會(huì)讓鋼件表面出現(xiàn)很多殘余內(nèi)應(yīng)力，提高零件疲勞強(qiáng)度。最后有些零部件，抗高溫氧化性、抗腐蝕性比較好，滲氮熱處理手段，是提高零部件抗腐蝕能力的重要手段。鋼件的表面滲透適量的鉻、鋁、硅以后，零部件的表面就會(huì)生成致密其穩(wěn)定的氧化膜，能夠提高零部件的抗腐蝕性與抗高溫、抗氧化能力。熱化學(xué)處理這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，讓石化壓力容器的零部件既能擁有良好的基體韌性，同時(shí)也能提高零部件的機(jī)械性能，讓零部件擁有良好的使用效果。

結(jié)語(yǔ)：在石化行業(yè)中，安全生產(chǎn)是基本要求。石化生產(chǎn)中，壓力容器是很重要的設(shè)備，壓力容器穩(wěn)定性、安全性必須符合規(guī)定，而這勢(shì)必會(huì)對(duì)材料機(jī)械性提出很高要求。在石化壓力容器的生產(chǎn)和制造中，熱處理技術(shù)作用突出，能夠改變壓力容器的材料性能。石化壓力容器生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，利用熱處理技術(shù)消除材料殘余內(nèi)應(yīng)力，優(yōu)化材料組織結(jié)構(gòu)，可以提高材料機(jī)械性與綜合性，保障了材料的抗疲勞、抗腐蝕、抗氧化能力。石化壓力容器在熱處理以后，可靠性、安全性得到顯著提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐俊峰，楊龍，張丹丹.壓力容器和壓力管道的安全管理解析[J].化工管理，2020，{4}（03）：72-73.

[2]陳旭，馬文江.壓力容器在石油化工行業(yè)設(shè)計(jì)中的相關(guān)技術(shù)[J].裝備維修技術(shù)，2020，{4}（01）：16.