常用压力容器不锈钢材料的合理选用分析

常用压力容器不锈钢材料的合理选用分析

原 帅

哈尔滨哈锅锅炉工程技术有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000

摘要：锅炉压力容器应用范围广泛，制造的流程比较复杂，需要加强对相关工艺的控制，保证质量达到实际应用的要求。锅炉压力容器不锈钢焊接制造的关键环节，也是容易出现安全隐患的重点环节，在操作的过程中提高重视程度，需要选择合理的焊接材料，保证工艺的精确性，及时解决存在的问题，不断优化焊接的具体工艺，保证锅炉压力容器的安全稳定运行，进而实现锅炉压力容器不锈钢整体质量的提升，更好的为企业发展服务。

关键词：压力容器；不锈钢；焊接材料选用

随着技术水平的提高和社会经济形势的变化，锅炉压力容器的尺寸以及具体的制造要求发生了明显的变化，不锈钢焊接技术也相应的进行了调整和改进，以此来适应新时期的需求。锅炉压力容器由于体积庞大，需要在不同的位置进行焊接处理，极容易出现安全问题，导致严重的事故发生，因此需要加强对焊接工艺的控制，选择合理的不锈钢焊接材料，保证锅炉压力容器的质量，避免出现安全事故。

一、压力容器不锈钢材料的合理选用

在产生全面腐蚀的环境中，选用不锈钢主要考虑它们的耐一般腐蚀的性能。但这并不等于说，在这些腐蚀环境中，不锈钢就不产生局部腐蚀。

1、盐酸和氢氟酸介质中的选用。盐酸的还原性很强，不锈钢在盐酸中很难钝化，因而无法耐盐酸的腐蚀。所以，在盐酸介质中一般不能选用不锈钢。但是，当盐酸浓度很稀且温度较低时，高镍和含钼的高牌号Cr—Ni—Mo奥氏体不锈钢，氢氟酸是化工和核化工过程中不可缺少的无机酸，氢氟酸既能破坏不锈钢表面的钝化膜又能防止钝化膜的形成，因而，除室温下的无水氢氟酸和浓度很低的氢氟酸外，不锈钢不能耐氢氟酸的腐蚀。当氢氟酸中含有氧，特别是氧化剂时，一些高镍的Cr—Ni—Mo—Cu奥氏体不锈钢的耐蚀性会有明显提高。

2、硫酸介质中的选用。硫酸是产量大，用途广的基本化工原料，广泛应用于国民经济各部门。无论是生产硫酸还是使用硫酸，只要接触它，就会遇到硫酸的腐蚀问题。硫酸虽然是一种含氧酸，但稀的和中等浓度的硫酸的氧化性较弱，因而属于还元性酸。而浓硫酸，特别是热硫酸则具有很强的氧化性，因此属于氧化性酸。当稀硫酸含有足够的氧和氧化剂时，不锈钢的耐蚀性可提高，使用范围可扩大。在浓度低于65％的硫酸中，本不能选用一般18—8型Cr—Ni不锈钢，但当含有≥5％HNO，时，则可作为耐蚀材料加以应用。当硫酸中含有杂质时，有的会加速，有的会降低不锈钢的腐蚀速度。

二、锅炉压力容器不锈钢焊接材料选用

在实际焊接操作的过程中，焊接接头的位置受到高温的影响，会有部分元素残留，冷却后无法排出，导致焊接接头的位置出现开裂等问题。另外，焊接线的热量较高，受影响区域晶粒的尺寸偏大，可塑性下降，部分区域出现软化的情况，会导致压力容器的使用寿命下降。锅炉压力容器体积大，容器内壁较厚，实际操作过程中，焊缝的查找以及微观组织的获得具有一定的难度，传统的焊接结束无法满足当前生产的需求，因此需要结合新技术，实现焊接的精准化、简单化、智能化、自动化，这也是未来焊接技术的主要发展方向。

1、选用焊接材料的依据。焊接材料的选用需要依据产品的具体使用性能进行选择，主要包括载荷性能、腐蚀性、温度、强度等指标，这些因素在设计图纸中能够明确的体现。锅炉压力容器的相关数据资料主要反映在设计文件之中，需要相关人员详细阅读产品的数据表格，明确设计使用要求，合理选用焊接的材料。

2、选用焊接材料的方法。选用焊接材料需要查找母材料的具体执行标准，掌握其低温性能、力学性能、高温性能、化学成分等重要指标，通过计算得出碳当量，为后期焊接提供数据支持。依据被焊接材料的冲击成功率、冲击试验温度、屈服强度、抗拉强度、化学成分等寻找合理的焊接材料，满足产品使用性能的具体要求。在选择焊接材料时需要重点研究匹配与相近、相同的不同含义。匹配是指选用被焊接材料专门使用的焊接材料，焊接完成后其性能与母材料基本一致，这是一种最为实用的选择方法。相近主要是指焊接材料的力学性能与化学成分与母材料接近，但存在的偏差不容易控制，这也使焊接材料的选择存在多样性。选用焊接材料完全相同的情况比较少见，只在氩弧焊时偶尔使用。

3、企业选择焊接材料的特殊情况。一些规模较小的制造惬意金属材料种类较多，但产品批量小，如果按照匹配的标准选择各类焊接材料会使焊接材料的用量增加，采购的难度加大检验的费用明显增加，为保证生产焊接工艺的需要，会引进不同规格和种类的焊接材料，每一批次都进行检验会增加企业的成本，也会导致管理的难度增加，因此需要相关人员对焊接材料的性能和被焊接的材料有全面的认识，避免多次采购和分类分批次管理给企业带来的困难。

三、不锈钢焊接材料的代用与选用

1、低温刚低合金焊接材料的选用。当设备在零下20℃以下工作时，会出现严重的脆性问题，可以采用控制金属组织以及合金的成分保证设备的低温运行性能，通常使用的牌号包括10MnDG、09MnNiDR、15MnNiDR等。在选择焊接材料时需要充分研究其在低温情况下的性能和等级，保证其抗冲击的韧性。低温钢能够使用的温度越低，其在常温条件下的强度越低，其代用的过程比较复杂，首先应当明确掌握被焊接材料使用的最低温度，以此来确定焊接材料。在产品设计时，常温屈服温度为应力水平的6倍，存在一定的厚度余量，可以选用低温冲击性能较好，强度等级较低的材料进行代用。

2、焊条酸碱性的选用。焊条在焊接的各种结构中应用广泛，具有较强的抗裂性能，较高的冲击韧性，熔敷的金属扩散氢含量低，但在焊接前需要严格进行清理，避免油、锈、水使焊接产生缺陷，同时应当严格进行烘干处理。焊接的操作具有一定的难度，对技术人员要求较高。在实际焊接的过程中可以选用工艺性能较好的酸性焊条，保证焊接的效果。锅炉压力容器对焊缝的强度、冲击韧性和塑性有比较高的要求，酸碱性的焊条在熔敷同样金属时差距不明显，受具体温度的影响，冲击韧性有所不同。碱性焊条能够保证熔敷的金属在零下30℃时具有足够的冲击吸收功能，酸性焊条能够保证在0℃时具有该功能。因此，工作温度在0℃以上的产品应当选择酸性焊条，以此来保证锅炉压力容器的整体质量达到要求。

3、奥氏体不锈钢焊接材料的选用。不锈钢主要用于高温、低温以及腐蚀的情况中，可以分为双相不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢，在锅炉压力容器中，奥氏体不锈钢最为常见。由于奥氏体不锈钢材料强度差异较小，通常在焊接时主要采用超低碳不锈钢焊接材料。在选用焊接材料前需要准确掌握产品的实际运行情况，对耐腐蚀性和低温性能要求较高的材料可以使用奥氏体不锈钢焊接材料，在高温条件下不能使用奥氏体不锈钢材料。

4、低合金高强度钢、碳素钢焊接材料的选用。低合金高强度钢和碳素钢主要用于无明显氧化和腐蚀的承载结构之中，使用的温度范围在零下20℃-425℃之间，是目前应用范围较广的焊接材料，在选用时可以采用强度等级较高的材料，不需要重新进行工艺的评定。在实际选用的过程中需要控制碳当量，考虑应力腐蚀的需求。同时需要考虑热处理带来的影响，锅炉压力容器普遍采用消除应力的热处理方式，在温度达到一定数值后，焊缝的整体强度会降低。另外，焊缝在经过多次的热循环后，强度也会降低。

锅炉压力容器的焊接质量直接决定了其使用寿命和安全性，为此技术人员应当加强对实际情况的分析，选择合理的焊接材料，保证焊接质量，避免出现各类事故，确保安全生产。

参考文献：

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[2] 吕瑞芳,柳明辉,朱金花.浅谈锅炉压力容器不锈钢外观质量的检验[J].河南机电高等专科学校学报,2017,25(05).