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文摘丨复合板制压力容器的热处理

时间:2020-09-30 来源:卢梭说压力容器 浏览:
本文主要整理(节选)自文献:张子松, 马俐. 压力容器用复合板制设备的热处理选择[J]. 化工设备与管道, 2013, 50(5).
 
金属复合板是由不同力学、物理、化学性能和金相组织的金属材料制成的,经爆炸、轧制等巨大外力作用后,复合板会存在一定的残余应力。虽然结合面强度已经达到冶金融合的程度,但如果残余应力得不到释放,会叠加到壳体的一次应力上,有可能引起设备局部应力过大而导致设备失效。
(金属复合板可由爆炸复合、轧制复合或爆炸-轧制复合等方法制作。)
因而在原材料的形成、设备的加工制造过程中,复合板制压力容器经常遇到消除应力退火、恢复材料力学性能等热处理的问题。
 
文献举了几个例子:
 
一、某换热器管箱壳体材质为Q345R+TA1,厚度42+3,管箱壳体上有超过1/3内径的开孔。按GB/T 151的要求,管箱需要进行焊后热处理。
 
1)原材料:作为原材料的复合板已经由材料供货商按NB/T 47002.3中7.2的要求,进行消除应力退火。
2)管箱封头:根据GB/T150.2规定,厚度为42的Q345R应在正火状态下使用。GB/T25198中6.4.3规定,对供货与使用状态均为正火的钢制封头,若其热成形的终止温度不低于材料的正火最低温度,热成形后可不再进行正火处理。
JB/T4745的10.2.4.11规定,钛钢复合封头热处理加热温度不应超过850。所以若复合板制封头的热压成形选择加热温度为850℃、保温2h、空冷,就可认为没有破坏基层Q345R的供货状态,免于单独进行热处理。
3)管箱筒节
若筒体卷制加热温度在PSK以下,且变形率在5%以下,不需要进行恢复性能热处理。但按GB/T150.4的规定,其厚度在38以上,需要焊后热处理。但因为前面提到的管箱开孔问题,管箱需要进行整体焊后热处理,所以不单独对筒节进行焊后热处理(卷制后至少还有一条纵缝)。(事实上,复合材料也不宜多次、反复进行热处理,因为基层、覆层线膨胀系数的差异,容易使结合面开裂或结合强度下降)
 
钛覆层作为耐蚀层,设计文件要求不进行热处理,所以焊后热处理应以消除基层Q345R的残余应力为重点。而GB/T150规定,异种钢材之间焊接接头的热处理按要求高者确定,根据标准规定,Q345R需要进行600℃、δPWHT/25h、至少15min的热处理,而覆层钛材可承受600℃的退火温度,所以最终管箱整体热处理温度定为600℃,保温2h,既保证了管箱整体焊后热处理的进行,也不太影响覆层钛材的使用性能(热处理对其多多少少一定的损害,但可接受,必要时可提出检验要求,如晶间腐蚀试验等)。
 
二、换热器管板材质为S31603锻件IV级+TA110,厚度为190+10,原材料应为消除应力退火状态供货。
 
对于奥氏体不锈钢,为了防止热处理过程中的碳化物Cr23C6的析出和形成σ相破坏其耐晶间腐蚀性能,要么不进行一般的热处理,要么进行恢复材料力学性能的固溶热处理。
作为管板基层材料的S31603锻件,其锻造后需要进行固溶处理(1010~1050℃)以使锻件中的残余应力得到释放并细化晶粒(基层厚度太大了,必须进行热处理),经检验合格后才能进行与TA10的爆炸复合。而按NB/T47002.1的要求,爆炸复合后还应进行消除应力退火。所以管板原材料(钻孔之前)需要进行二次的热处理。
这复合后的消除应力退火,除了消除爆炸复合产生的残余应力之外,还应兼顾基层的耐晶间腐蚀性能(这台换热器需要考虑壳程侧的耐晶间腐蚀性能),最终将消除应力退火的温度定在550℃,保温2h。
事实上,这个管板覆层厚度为10,毛坯下料一般在12以上(为二次精加工留出裕量),为避免爆炸复合时装药量过大,需要分两次(每次厚度为6)进爆炸复合,因此复合后的消除残余应力热处理十分必要。
 
注:这篇文章后面还有部分内容,但以上两个例子是比较有代表性的,先整理到这,其他的有空再说哈。
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