承压设备选材需经济合理

压力容器的选材应经济合理

申麦茹

陕西省锅炉压力容器检验所

1　基本情况

陕西某厂以碳素钢为主制造一、二类压力容器，制作的立式震荡型换热器应用户要求主体材质采用奥氏体不锈钢。主要技术参数如表1所示：

表1

换热器的壳体、法兰、接管均采用奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti），根据该换热器的使用条件，用碳素钢完全可以满足要求，无必要选择奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢主要应用在介质具有腐蚀性的场合，如强酸、强碱，或中间产物具有腐蚀性或介质成分变化具有腐蚀性的场合；另外，用于一些较大的耐蚀容器，成形或焊接后难于整体热处理。因为成形或焊接会对抗蚀性起不利的影响，而采用奥氏体不锈钢不仅美观、耐用，而且可以在不进行热处理的前提下，保证母材和焊接接头具有足够的抗蚀性能，特别是抗晶间腐蚀的能力。该设备选用奥氏体不锈钢，不仅使制造工序及成本增加，而且使设备的使用条件提高，有点大材小用。

2　情况分析

（1）换热器的壳体、法兰、接管均采用奥氏体不锈钢，及与之相匹配的不锈钢焊条，均相对于选用碳素钢材料价格大大提高。

（2）母材分类已超出常规工艺评定范围，焊接工艺需重新评定。

（3）产品试板已不具备以批代台的相关条件，须重新制作产品试板。

（4）焊工资格要求提高，必须经材料分类为第Ⅳ组考试合格。

（5）制造条件苛刻：必须有专用车间或专用工装和场地，不得与其他黑色金属制品或其他产品混杂生产，工作场地要保持清洁、干燥（防止水和水蒸气导致焊缝产生清脆），并严格控制灰尘。

（6）坡口加工要求严格：坡口加工宜采用冷加工法，若采用热加工方法，对影响焊接质量的表面层，应采用冷加工方法去除。

（7）必须严格控制表面机械损伤和飞溅物，坡口两侧100mm范围内应刷涂料。(www.xing528.com)

（8）焊接时需防止热影响区发生晶间腐蚀。当奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti）加热到450 ～850℃的敏化温度时，则对晶间腐蚀很敏感。焊接时热影响区正好处于敏化温度范围内，易造成晶间腐蚀。因此施焊时应严格控制焊接电流和返修次数。即应采用小规范焊接，使输入热量尽量减少，尽量减少焊接热循环。

（9）制造中应严格控制残余应力，因其是造成应力腐蚀破裂的主要因素。

（10）水质要求提高，水压试验应严格控制水中氯离子的含量不超过25mg/L，且试验合格后应立即将水渍去除干净。

使用中，不管采用自来水或软化水都含有一定量氯离子，因此在一定的温度下需控制氯离子浓度，以防构成应力腐蚀破裂的介质条件；停用后应保证将水渍去除干净。

这是因为氯离子不但能引起奥氏体不锈钢的孔蚀，更能引起奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。

介质中含有氯离子或外壁被海水或天然水润湿（含有一定量的氯离子）均会发生孔蚀。钝化膜的不完整部位（露头位错、表面缺陷）作为孔蚀源，在某一段时间内呈活性状态，电位变负，与其临近表面之间形成微电池，并且具有大阴极小阳极面积比，小孔内积累了过量的正电荷，引起外部的氯离子迁入以保持电中性，继之孔内氯化物浓度增高。

由于氯化物水解使孔内溶液酸化，又进一步加速了孔内阳极的溶解。这种自催化作用的结果，使孔蚀不断地向深处发展。

发生应力腐蚀破裂的临界氯离子浓度只要达到10^－6kg/kg（ppm），即能引起破裂。发生氯离子应力腐蚀破裂的临界温度为70℃，具有氯离子浓缩条件（反复蒸干、湿润）是最易发生破裂的。发生应力腐蚀破裂的介质温度和氯离子浓度的关系如图1所示：

图1

（11）因使用中雨水含有氯离子，为防止雨水的湿润不宜露天放置，须增加防护措施。

（12）易在法兰垫片处，单面焊根部未焊透处发生缝隙腐蚀。这是因为当缝隙具有一定宽度和深度时，能使介质进入并使介质处于滞留状态，使氯离子浓度增加，即与周围之间产生浓度差形成浓差电池。

3　结　论

该产品因选材与实际作用条件存在偏差，虽然可以采用，但相对增加了制作环境的要求和工序的复杂性，并使工作条件苛刻。尤其是为防止氯离子的腐蚀，不宜露天放置；介质须严格控制氯离子的含量。因此选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件（如设计压力、设计温度、介质特性和操作特点等）、材料的焊接性能、容器的制造工艺及经济合理性。忽视选材的经济合理性，可能会给产品制造和使用环节带来不必要的麻烦，选材的安全、科学、合理、经济是非常重要的。

（注：该论文发表于《锅炉压力容器安全技术》2003年第2期）