無錫不銹鋼板、無錫不銹鋼管廠家無錫漢能不銹鋼2020年9月24日訊  分析在用或制造過程中奧氏體不銹鋼壓力容器封頭出現裂紋的原因，提出相應的預防措施，針對壓力容器標準中存在的不足，提出改進建議。

關鍵詞：奧氏體不銹鋼；封頭；開裂；預防措施

引言

壓(ya)力(li)容(rong)(rong)(rong)(rong)器封頭質量(liang)的(de)好壞直接影(ying)響到壓(ya)力(li)容(rong)(rong)(rong)(rong)器的(de)安全使(shi)用(yong)。因(yin)此(ci)，壓(ya)力(li)容(rong)(rong)(rong)(rong)器頸部或頭部生(sheng)產企(qi)業(ye)(ye)的(de)質量(liang)控制非常(chang)重要。奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)具有抗腐蝕性、抗高溫耐低溫等(deng)特性，得到了(le)壓(ya)力(li)容(rong)(rong)(rong)(rong)器制造行(xing)業(ye)(ye)的(de)廣泛認(ren)可。壓(ya)力(li)容(rong)(rong)(rong)(rong)器行(xing)業(ye)(ye)比較重視不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)封頭在(zai)制造或使(shi)用(yong)過程(cheng)中出現的(de)裂紋缺陷。某公(gong)司是奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)壓(ya)力(li)容(rong)(rong)(rong)(rong)器的(de)專業(ye)(ye)生(sheng)產廠家，生(sheng)產的(de)封頭有2種開裂情況。分析(xi)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)封頭裂紋成(cheng)因(yin)，并(bing)對(dui)壓(ya)力(li)容(rong)(rong)(rong)(rong)器標(biao)準的(de)不(bu)足之(zhi)處提出改進建議。

1開裂封頭主要點分析

（1）封頭開裂的過(guo)(guo)程是(shi)(shi)在室溫(wen)下冷成(cheng)型，有些是(shi)(shi)冷沖壓，有些是(shi)(shi)冷旋壓成(cheng)形(xing)。工件再結晶溫(wen)度下冷成(cheng)型是(shi)(shi)通過(guo)(guo)工件結晶溫(wen)度下塑性變(bian)形(xing)加工而成(cheng)。（2）用304，321等穩定(ding)的奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)材料制作封頭。奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)主要通過(guo)(guo)冷加工強(qiang)化。奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在穩定(ding)性方面可分為穩定(ding)性和亞穩定(ding)性，奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在塑性變(bian)形(xing)過(guo)(guo)程中容易轉變(bian)為馬氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。301L，301，304，321，321L304L是(shi)(shi)典(dian)型的穩定(ding)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。

2封頭開裂后的處置辦法

封頭開裂(lie)后的(de)處理方法(fa)是重新加工(gong)。為了避(bi)免(mian)再次開裂(lie)，壓(ya)力(li)容器制造(zao)商要在奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼封頭冷成型(xing)后立即進行熱(re)處理，以恢復材料性(xing)能。壓(ya)力(li)容器制造(zao)企業應(ying)該注意：（1）準(zhun)備材料性(xing)能熱(re)處理恢復的(de)測(ce)試部分，并對測(ce)試部分測(ce)試和評價；（2）容器頭部的(de)腐(fu)蝕(shi)、污(wu)垢和有(you)害雜質(zhi)，必須(xu)在熱(re)處理前去(qu)除(chu)，去(qu)除(chu)后必須(xu)經過加工(gong)和鈍化(hua)處理；（3）熱(re)處理后避(bi)免(mian)頭部尺寸(cun)變形。

3奧氏體不銹鋼壓力容器封頭開裂成因分析和應對方法

3.1冷變形強化

當塑(su)(su)性(xing)變(bian)形(xing)發生(sheng)在(zai)低(di)(di)溫時(shi)(shi)，金屬的(de)硬度(du)和強(qiang)(qiang)度(du)增加(jia)，塑(su)(su)性(xing)和韌性(xing)隨變(bian)形(xing)量的(de)增加(jia)而減小(xiao)。這就(jiu)是冷變(bian)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)又稱為應變(bian)硬化(hua)(hua)。和其他金屬一樣，奧(ao)氏體不銹鋼封(feng)頭材(cai)料的(de)冷變(bian)形(xing)時(shi)(shi)，通過位錯(cuo)使缺陷增加(jia)，隨著(zhu)變(bian)形(xing)密度(du)的(de)增加(jia)、位移(yi)和強(qiang)(qiang)度(du)增加(jia)，與位錯(cuo)相互(hu)作用以改善材(cai)料。材(cai)料在(zai)硬度(du)、強(qiang)(qiang)度(du)提高時(shi)(shi)會降(jiang)低(di)(di)它的(de)韌性(xing)，冷變(bian)形(xing)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)奧(ao)氏不銹鋼封(feng)頭，如果(guo)塑(su)(su)性(xing)變(bian)形(xing)或者(zhe)在(zai)應力較(jiao)大的(de)情(qing)況下，就(jiu)會出現(xian)(xian)開裂現(xian)(xian)象(xiang)。

3.2馬(ma)氏體相變

馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相變(bian)(bian)是指不(bu)擴(kuo)散(san)剪(jian)切的(de)(de)第一(yi)階段(duan)成(cheng)核和生長相變(bian)(bian)。對比(bi)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)與馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)，馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)具有硬度(du)和脆性(xing)(xing)特征。由于奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)和馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)兩相共存的(de)(de)不(bu)同特征結(jie)構，奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)材(cai)料(liao)冷加(jia)(jia)工封頭，微裂紋比(bi)較容易形成(cheng)，這(zhe)些微裂紋在連(lian)續塑性(xing)(xing)變(bian)(bian)形或大應力(li)作用下生產。如(ru)果馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)含量增(zeng)加(jia)(jia)，奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)剛度(du)和強度(du)也隨(sui)之增(zeng)加(jia)(jia)，從而降低塑性(xing)(xing)和塑性(xing)(xing)變(bian)(bian)形，馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)生長與滑動位移(yi)和沖擊冷變(bian)(bian)形密切相關。因此(ci)從晶體(ti)(ti)的(de)(de)角(jiao)度(du)看(kan)，奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)冷變(bian)(bian)形強化的(de)(de)本質是微觀組(zu)(zu)織(zhi)的(de)(de)變(bian)(bian)化（即某(mou)些奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)轉變(bian)(bian)為(wei)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)）。

3.3腐蝕環境的(de)影響(xiang)

奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)的耐蝕(shi)(shi)性(xing)優于馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)，當馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)兩相(xiang)共(gong)存時，形(xing)成腐蝕(shi)(shi)、陽極(ji)腐蝕(shi)(shi)、電腐蝕(shi)(shi)和局(ju)部腐蝕(shi)(shi)。

4壓力容器技術標準修改建議

4.1問題的提(ti)出

TSG21—2016《固定(ding)式壓力(li)(li)(li)容(rong)器安(an)全技術(shu)監(jian)察規(gui)程》（行業(ye)俗稱大容(rong)規(gui)）于(yu)2016年10月實(shi)施。其中指出：在(zai)制造過(guo)程中，材(cai)(cai)料發生變形對(dui)(dui)結構(gou)的(de)影(ying)響很大，包(bao)括(kuo)微(wei)觀結構(gou)和材(cai)(cai)料的(de)力(li)(li)(li)學性(xing)(xing)能，當材(cai)(cai)料需要熱(re)處(chu)理(li)時(shi)(shi)，兩者應達(da)到一致(zhi)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)。但是(shi)，當材(cai)(cai)料的(de)熱(re)處(chu)理(li)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)在(zai)制造過(guo)程中被破(po)壞時(shi)(shi)，應進行熱(re)處(chu)理(li)，以恢復壓力(li)(li)(li)元件性(xing)(xing)能。可見，新(xin)規(gui)定(ding)不(bu)僅考慮了(le)“變形對(dui)(dui)材(cai)(cai)料性(xing)(xing)質(zhi)的(de)影(ying)響”，也考慮了(le)組(zu)織(zhi)變化對(dui)(dui)材(cai)(cai)料性(xing)(xing)質(zhi)的(de)影(ying)響。它對(dui)(dui)冷加工(gong)成型對(dui)(dui)材(cai)(cai)料性(xing)(xing)能的(de)影(ying)響做了(le)說明。近幾年，奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)冷彎頭(tou)封頭(tou)開裂現(xian)象(xiang)不(bu)斷出現(xian)，大容(rong)規(gui)的(de)實(shi)施未能完全控制缺陷的(de)產生，修改現(xian)行壓力(li)(li)(li)容(rong)器技術(shu)標準勢(shi)在(zai)必行。

4.2問題的探討

奧(ao)氏體不(bu)銹鋼冷模的(de)恢復特性(xing)(xing)僅是材料的(de)熱處理，考(kao)慮(lv)到材料變(bian)(bian)(bian)形對材料的(de)影響(xiang)，并且(qie)不(bu)考(kao)慮(lv)材料性(xing)(xing)能(neng)的(de)影響(xiang)。奧(ao)氏體不(bu)銹鋼，不(bu)僅由于(yu)氣候變(bian)(bian)(bian)化導致變(bian)(bian)(bian)形。除(chu)了變(bian)(bian)(bian)形因素、外(wai)界因素的(de)影響(xiang)外(wai)，結構的(de)變(bian)(bian)(bian)化還包括鎳當(dang)量、變(bian)(bian)(bian)形速率、變(bian)(bian)(bian)形、α和β殘余(yu)應力、塑性(xing)(xing)變(bian)(bian)(bian)形等。

4.3變(bian)形量的控制

奧(ao)(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)屈(qu)服強度比(bi)一般(ban)為30%～45%。當變(bian)形(xing)量(liang)達(da)到(dao)10%～12%，屈(qu)服強度比(bi)為70%～75%，隨(sui)著變(bian)形(xing)量(liang)的(de)(de)增加，其彎曲率最大可達(da)85%～90%，但材料的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)在(zai)同時下(xia)降(jiang)。一般(ban)采用10%～12%范圍內的(de)(de)數(shu)值來控(kong)制(zhi)(zhi)奧(ao)(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼在(zai)冷加工后的(de)(de)塑(su)性(xing)(xing)和(he)延性(xing)(xing)儲備，作為奧(ao)(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼冷變(bian)形(xing)的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)值。在(zai)變(bian)形(xing)比(bi)控(kong)制(zhi)(zhi)值小(xiao)時，就可以(yi)使奧(ao)(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)塑(su)性(xing)(xing)和(he)韌(ren)性(xing)(xing)達(da)到(dao)標準。如果(guo)變(bian)形(xing)比(bi)控(kong)制(zhi)(zhi)值大，就會降(jiang)低其塑(su)性(xing)(xing)和(he)韌(ren)性(xing)(xing)，

5組織變化的測量方法和規定指標量化值

（1）借(jie)助鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)硬(ying)(ying)度測(ce)(ce)(ce)試(shi)儀測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)組(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)。改變(bian)(bian)鐵磁(ci)(ci)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)相（γ相奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)）的(de)(de)(de)形(xing)式，包含鐵磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)性(xing)部分測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)與鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)。實(shi)驗數(shu)據(ju)(ju)表明，馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)含量(liang)(liang)為(wei)質譜(pu)儀實(shi)際測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)值的(de)(de)(de)1.7倍。（2）奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)顯微組(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)顯著提高(gao)了(le)硬(ying)(ying)度，硬(ying)(ying)度也符合Ho檢驗。它可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)組(zu)織(zhi)中的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)，而且還(huan)因為(wei)表面材料的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度，可(ke)以(yi)造成(cheng)對γ的(de)(de)(de)損傷，降低了(le)耐(nai)蝕性(xing)的(de)(de)(de)壓(ya)力。性(xing)能，不(bu)改變(bian)(bian)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)容(rong)器的(de)(de)(de)壓(ya)力結構。定(ding)量(liang)(liang)值的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)無疑是(shi)一個迫切(qie)需(xu)要解決的(de)(de)(de)問題，需(xu)要積累大量(liang)(liang)的(de)(de)(de)實(shi)驗數(shu)據(ju)(ju)。指(zhi)定(ding)指(zhi)標量(liang)(liang)化(hua)(hua)(hua)(hua)值高(gao)，可(ke)以(yi)保證(zheng)消除壓(ya)力容(rong)器裂(lie)(lie)紋；量(liang)(liang)化(hua)(hua)(hua)(hua)指(zhi)數(shu)以(yi)下(xia)，則會增加由(you)(you)于生(sheng)產(chan)成(cheng)本而導致(zhi)的(de)(de)(de)熱處理數(shu)量(liang)(liang)。（3）如(ru)果采(cai)用(yong)“測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)”的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)，認為(wei)量(liang)(liang)化(hua)(hua)(hua)(hua)值為(wei)“23%體(ti)(ti)(ti)(ti)積分數(shu)”是(shi)合適(shi)的(de)(de)(de)，如(ru)采(cai)用(yong)“硬(ying)(ying)度試(shi)驗”的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)，認為(wei)量(liang)(liang)化(hua)(hua)(hua)(hua)值為(wei)“300HB”是(shi)合適(shi)的(de)(de)(de)。原因如(ru)下(xia)：①根(gen)據(ju)(ju)實(shi)測(ce)(ce)(ce)數(shu)據(ju)(ju)案例，在裂(lie)(lie)解位點最高(gao)的(de)(de)(de)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)含量(liang)(liang)＞23.7%的(de)(de)(de)體(ti)(ti)(ti)(ti)積分數(shu)，開裂(lie)(lie)部分的(de)(de)(de)最大硬(ying)(ying)度＞310HB；②兩預測(ce)(ce)(ce)值最大的(de)(de)(de)冷變(bian)(bian)形(xing)量(liang)(liang)10%～12%是(shi)穩定(ding)的(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)在中等室溫下(xia)的(de)(de)(de)利用(yong)值。在最終確定(ding)指(zhi)標量(liang)(liang)化(hua)(hua)(hua)(hua)值時必須由(you)(you)研究壓(ya)力容(rong)器技術的(de)(de)(de)專家給出。

6結語

壓(ya)力容(rong)器的(de)法律法規(gui)以及技術標(biao)準已經(jing)成為壓(ya)力容(rong)器制(zhi)造產業遵(zun)守的(de)最基本要求(qiu)。按(an)照規(gui)定和技術標(biao)準的(de)基礎(chu)上具有較高的(de)要求(qiu)和質量控(kong)制(zhi)。壓(ya)力容(rong)器技術標(biao)準的(de)修改，應充分(fen)重(zhong)視奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)冷成形(xing)頭的(de)開裂問題，以減少壓(ya)力容(rong)器的(de)安全隱患。

參考文獻

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作者：盧(lu)大為 單(dan)位：河北省(sheng)特種設備監督檢驗研究院承德分院