蔡和侨

（深圳巨涛机械设备有限公司，广东 深圳 518068）

低温压力容器主要分为设计工作温度为-196℃以下的奥氏体不锈钢容器和设计工作温度为-20℃以下的碳素钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢制容器。低温压力容器的制造工程中，焊接是压力容器制造的关键环节，但是焊接时会产生结构不同、大小不一的焊接应力。焊后整体热处理工艺可以有效地降低残余应力，是防止低温压力容器的低温应力脆性破坏的常用处理措施之一[1]。低温压力容器的焊后热处理不仅是国标中焊接接头厚度大于16mm的碳钢、低合金的部分进行处理。还要对存储危险化学品的低温压力容器，工作时温度低于-20℃的复杂结构设备或大型设备，设部局部过于集中可能产生裂纹的设备等进行焊后整体热处理。

1 低温压力容器焊后热处理

焊后热处理的主要目的是降低应力，所以也称降低应力热处理又称降低应力退火，低温压力容器常采用整体热处理来提高质量。主要有三种整体热处理的方法，第一：在固定炉中进行整体热处理，由于炉体体积的限制，这种方法只能用于容器体积比热处理炉小的低温压力容器，这种方法进行热处理时一次完工，可以很好地控制热处理的各种条件，主要优点是加热温度稳定均匀且温差小，同时保温效果良好并且可操控性强，降低应力程度可以温度高低和保温时间来调节[2]；第二：在固定炉中进行分段热处理，此方法用于长度过长的容器，操作时先对一端进行加热处理，再调转方向处理另外一端，需要注意的是中间重复加热段长度要大于1.5m，由于是分为两步加热，这种方法的主要缺点是难以控制两次操作的温度相近同时能耗相对于一般处理过程较大，由于各个部分在炉中的位置不同，加热时温度上升速度也不一样，相对来说热处理过程的可控制性较差；第三：在固定炉外热处理，此方法主要是对一些大型设备进行热处理，由于设备的体积太大无法进厂，只能在现场进行热处理，此方法的缺点是加热温度、温差以及温度的升降速度不好控制。焊后热处理过程能耗很高，这三种热处理方式常采用燃料加热和电加热的加热方法。

2 低温压力容器整体热处理工艺

焊后热处理过程的影响因素有很多，包括各种温度，温度升降速度，加热保温时间等。了解这些因素对焊后热处理的影响可以更好的提升热处理质量，下面将就这些因素的影响进行分析。

2.1 加热温度

容器钢材强度除了受到自身材质的影响外还与焊后热处理的温度有关，如果焊后热处理过程的温度过高，将会影响到钢材强度，所以加热温度一般低于最低回火温度。现在低温压力容器常用的调质低温用碳素钢的最低回火温度多数为600℃，因此焊后热处理的温度必须低于600℃，并根据设计温度和实际施工条件来确定加热温度[3]。

2.2 保温温度

在热处理时一般规定保温温度为550℃,保温温度影响着热处理后的残余应力。保温温度必须低于相变温度和钢材的回火温度且不能降低母材和焊接区的使用性能。同时保温温度还与钢材的应力松弛，淬硬区的软化以及焊接气体的排除有关。保温过程是整个热处理过程中最为重要的环节，对于整个热处理后的效果至关重要。根据经验所知，如果保温温度过低,就算增长保温时间,达到预期效果的可能性很低。国外有研究表明,保温温度低于某一温度时就不能得到焊后热处理应有的效果[4]。

2.3 保温时间

保温时间所需要考虑的因素应力松弛程度、淬硬区是否软化、焊接气体的残留、组织是否稳定等方面。同时选择保温时间时还必须保证不会降低母材和焊接区的使用性能且尽可能合理的缩短制造时间。在热处理过程中当所遇到加热温度低于正规加热温度时,按照现行的规定,一般都采用大幅度地延长保温时间的措施，来弥补温度的不足所带来的影响。然而保温时间过长,焊缝的位置在高温的作用下会发生很多其他的化学反应，常常会引起焊缝金属结晶粗大,碳化物聚集或脱碳层厚度增加等问题,进而使得容器的机械性能、蠕变强度及缺口韧性下降，影响了容器的质量。

2.4 加热速度

加热速度的选择必须确保加热时厚壁件的温度均匀上升、还要考虑形状尺寸变化所引起的温度不均匀，加热速度太快则可能发生变形或产生裂纹。加热速度受到固定炉的限制，各个部位的所处位置不一样，加热时温度上升也会存在差异，且热处理工程的耗能很好，为了将制造时间保持在可控时间范围内同时也是为了节能减排，加热速度不能太低。当钢板越厚加热速度越低，且长时间的加热对控制系统有着很高的要求，所以加热速度一般不低于50℃/h。

2.5 冷却速度

冷却速度的影响因素包括炉温、母材和焊接区性能、再热裂纹的产生等。必须确保冷却时的温度能够均匀地降低，从而防止由于形状和尺寸变化所引起的温度不均匀现象发生。如果冷却时温度降低过快，出现变形裂纹的几率会增大，还有可能会再次产生残余应力。为了缩短制造时间，一般来说冷却速度不低于50℃/h，对于厚度很大的结构常采用200×25/t（℃/h）的冷却速度，其中t为结构的厚度。

2.6 出入炉出炉温度

在进行热处理时，加热件入炉和出炉时的温度,一般低于400℃，主要是防止温度过高引起的变形裂变。影响出入炉的因素主要是部件的尺寸和形状，选择出炉温度时如果过高,在冷却时有很大的可能再次产生较大的残余应力,甚至发生裂纹或变形。对一些特殊部件,甚至会在温度低于100℃后，才出炉。

3 结语

上文介绍了常用的低温压力容器的焊后热处理方法和热处理中的重要影响因素，严格的按照相关工艺标准作业，根据实际情况进行调整，就会提高焊后热处理的效果。在实际工程中，热处理工作是一个很长的过程，在进行热处理之前，就要根据产品本身的结构和材料以及预期达到的效果，来调节热处理过程中的相关参数，并严格按照设计参数及要求执行。

[1]李建国.压力容器分析设计的一些问题[J].化工设备与管道，2001，（03）

[2]刘国伟.焊接后热与焊后热处理温度对焊接残余应力松弛的试验研究[J].压力容器，1994（3）：26.

[3]孟雅薇，葛志强.关于低温压力容器设计的若干问题的分析[J].科技创新与应用，2012，（32）：182-183.

[4]王玲玲.浅析低温下压力容器设计需注意的问题[J].河南科技，2014，（11）：132-133.