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【摘要】在工业生产所使用的压力容器主要涉及到四项热处理问题，即金属焊接后的消除应力的热处理、改善金属或合金材料基本性能的热处理、恢复金属材料或合金材料的性能的热处理以及焊接后的消除氢的热处理。下面笔者主要针对压力容器设计中的焊接后的热处理问题进行探讨分析。
【关键词】压力容器 设计 热处理 探究
压力容器在人们的工业生产中具有非常广泛的用途，主要用于盛装气体或者液体，并能够承受一定压力，广泛应用于能源工业、科学研究事业、军队工程以及石油化工工程等多种行业，是安全和达标生产时的重要设备。压力容器设计中进行的热处理技术是运用相应介质，将压力容器所使用的金属材料或者合金材料进行加热、保温和冷却过程，进而在不改变金属材料的外部形状的情况下，使其内部的纤维组织及其部分化学成分发生改变，以调控金属材料的基本性能并使其得到最大的潜力发挥的技术。在压力容器设计的过程中，往往涉及到许多复杂而必要的处理技术，其中热处理技术是一项技术比较细腻和传统的重要环节。热处理技术对于改善压力容器的金属材料以及完善其金属本质性能具有重要的作用。
1 有关热处理基本工艺技术的简述
热处理技术基本上主要是加热、保温和冷却三个基本过程的有机配合和衔接的技术。首先，热处理的温度值是一个重要的技术参数标准之一。制定和控制适当的温度值范围是提高热处理质量的重要问题，但是由于在压力容器的设计中因使用不同的金属或者合金材料，必须在适当的时间设计适当的温度值，才能保证金属材料的基本性能得到最大的潜力发挥，才能获得较高的容器质量。其次，金属材料加热后必然需要冷却的过程。工业生产上要求因压力容器的材质不同和技术标准的不同，必须采用不同的冷却速度。人们在不断地探索实践中，主要设定三种冷却速度和一种冷却方式，即冷却速度最慢的退火、冷却速度比较快的正火、冷却速度最快的淬火以及与淬火十分密切的回火。第三，热处理的加热技术是重要的设计程序之一。现今的加热方法有很多种，比如，以液体或者气体燃料作为热源或者以电加热等进行直接加热。也可以利用液态盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
2 压力容器设计中的焊接后的热处理问题2.1 以奥氏体不锈钢为金属材料制造压力容器的热处理问题
金属焊接后进行的热处理技术原理：高温下，金属或者合金材料的变形指数降低，高应力处就会产生流型变化，以消除焊接后产生的残余应力，完善焊接后的韧度，最终提高金属的抗腐蚀性。比较适应这种原理的金属材料的结构是体心立方晶体结构，相反地，奥氏体不锈钢的金属材料的晶体结构是面心立方体结构。两种结构的不同点主要表现在面心立方体的滑移面比较多，从而体现其较好的韧性。此外，设计压力容器必须遵循的目的是防腐和温度，而奥氏体不锈钢的金属材料符合此目的以及其市场价格比较昂贵，材料的壁厚度相对较薄，所以对于以奥氏体不锈钢为金属材料的压力容器没有必要进行热处理技术的处理。这是因为以奥氏体不锈钢为材料的压力容器的塑性和韧性比较好，其残余应力的性能比较小，当冷却后金属材料硬化的后果比较低。然而理论上的消除应力热处理技术的温度范围为：600℃-620℃，保温时间为两个小时；在 400℃-850℃的温度范围内，对奥氏体不锈钢进行缓慢冷却后会发生材料结构间的腐蚀，形成奥氏体不锈钢的过敏化。所以当要求比较高的抗腐蚀性或者高温要求时，设计压力容器时需要制定适应的热处理方法，以保证压力容器的性能。
2.2 复合板式压力容器的焊接后热处理问题
复合板式压力容器的焊接后热处理问题必须要重视考虑和处理。一般而言，构成复合板的基层材料要进行焊接后热处理时，那么，以该材料制成的压力容器也必须进行焊接后的热处理技术，并且必须考虑到热处理对复合板式的材料的化学性和物理性的不利影响。因为这种热处理技术在很大程度上能够使复合材料以及焊接处发生碳化，从而使材料的性能变弱，甚至消失。基于以上，设计师在设计复合板式的压力容器的热处理时，要考虑到热处理对复合板式的材料的化学性和物理性的不利影响，以免影响复合材料的耐腐蚀性。基本上复合板式的压力容器所使用的材料应该符合以下要求：第一，碳质钢的厚度要大于或等于圆筒内直径的3%；第二，其他的合金钢材的厚度要大于或等于圆筒内直径的2.5%。
2.3 设计压力容器时进行热处理技术需要注意的内容
首先，设计压力容器时焊接元件的步骤要放在热处理技术的前面。其次，制造压力容器的过程中，完成全部的焊接任务而且技术检验符合常规后，进行热处理技术，再进行耐压性实验。第三，焊接后的管板式容器要进行消除应力热处理技术，但是以不锈钢为材料的设计方案不包括此范围内。第四，碳质钢材、低含量的合金钢制品的焊接程序的管箱侧面开口超过圆筒内直径的三分之一，然后在焊接后进行消除应力的热处理技术，再进行密封面的处理步骤。第五，但是考虑不同品种的焊接点，应该根据热处理的具体要求，判断是否进行焊接后的热处理。第六，进行焊接后的热处理技术时绝不能采用燃煤炉。
2.4 以液态氨为介质的压力容器的热处理问题
经验得出，不是所有的以液态氨为介质的压力容器都要进行热处理技术，这是由应力腐蚀的情况决定。当压力容器接触的液态氨具有腐蚀性应该符合的条件是：第一，以液态的氨为介质，环境内含水量应该小于或者等于0.2%，此外，环境可能受到了空气成分--氧气或者二氧化碳的污染。第二，环境温度范围应该在零下5℃以上。特别是，当压力容器的固定管板式换热器的壳程介质是液态氨时，热处理时应该采取分步法进行处理，也就是说首先使换热器的外壳进行热处理，然后把外壳和管板进行焊接，最后进行局部热处理。
3 结束语
压力容器的用途比较广泛，具有能够发生化学反应或者物理反应、能够传导热能、能够进行分离和存储以及具有耐压性能等功能，在能源工业、科学研究事业、军队工程以及石油化工工程等多种行业具有举足轻重的地位。压力容器的使用环境比较恶劣，设计过程比较复杂，如果压力容器一旦被损坏，造成的影响也十分严重。所以，要选取合适的材料和方法进行热处理技术，以保证压力容器的质量，确保这种大型的压力容器的安全性和可靠性。
作者简介
魏瑞，（1984，8-）男，籍贯山东省淄博市，就职于山东省特种设备检验研究院淄博分院，检验员，助理工程师。
刘克强，（1981，11-）男，籍贯山东省淄博市，就职于山东省特种设备检验研究院淄博分院，检验员，工程师
孙健，（1986，4）男，籍贯山东省淄博市，就职于山东省特种设备检验研究院淄博分院，检验员，助理工程师。
【关键词】压力容器 设计 热处理 探究
压力容器在人们的工业生产中具有非常广泛的用途，主要用于盛装气体或者液体，并能够承受一定压力，广泛应用于能源工业、科学研究事业、军队工程以及石油化工工程等多种行业，是安全和达标生产时的重要设备。压力容器设计中进行的热处理技术是运用相应介质，将压力容器所使用的金属材料或者合金材料进行加热、保温和冷却过程，进而在不改变金属材料的外部形状的情况下，使其内部的纤维组织及其部分化学成分发生改变，以调控金属材料的基本性能并使其得到最大的潜力发挥的技术。在压力容器设计的过程中，往往涉及到许多复杂而必要的处理技术，其中热处理技术是一项技术比较细腻和传统的重要环节。热处理技术对于改善压力容器的金属材料以及完善其金属本质性能具有重要的作用。
1 有关热处理基本工艺技术的简述
热处理技术基本上主要是加热、保温和冷却三个基本过程的有机配合和衔接的技术。首先，热处理的温度值是一个重要的技术参数标准之一。制定和控制适当的温度值范围是提高热处理质量的重要问题，但是由于在压力容器的设计中因使用不同的金属或者合金材料，必须在适当的时间设计适当的温度值，才能保证金属材料的基本性能得到最大的潜力发挥，才能获得较高的容器质量。其次，金属材料加热后必然需要冷却的过程。工业生产上要求因压力容器的材质不同和技术标准的不同，必须采用不同的冷却速度。人们在不断地探索实践中，主要设定三种冷却速度和一种冷却方式，即冷却速度最慢的退火、冷却速度比较快的正火、冷却速度最快的淬火以及与淬火十分密切的回火。第三，热处理的加热技术是重要的设计程序之一。现今的加热方法有很多种，比如，以液体或者气体燃料作为热源或者以电加热等进行直接加热。也可以利用液态盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
2 压力容器设计中的焊接后的热处理问题2.1 以奥氏体不锈钢为金属材料制造压力容器的热处理问题
金属焊接后进行的热处理技术原理：高温下，金属或者合金材料的变形指数降低，高应力处就会产生流型变化，以消除焊接后产生的残余应力，完善焊接后的韧度，最终提高金属的抗腐蚀性。比较适应这种原理的金属材料的结构是体心立方晶体结构，相反地，奥氏体不锈钢的金属材料的晶体结构是面心立方体结构。两种结构的不同点主要表现在面心立方体的滑移面比较多，从而体现其较好的韧性。此外，设计压力容器必须遵循的目的是防腐和温度，而奥氏体不锈钢的金属材料符合此目的以及其市场价格比较昂贵，材料的壁厚度相对较薄，所以对于以奥氏体不锈钢为金属材料的压力容器没有必要进行热处理技术的处理。这是因为以奥氏体不锈钢为材料的压力容器的塑性和韧性比较好，其残余应力的性能比较小，当冷却后金属材料硬化的后果比较低。然而理论上的消除应力热处理技术的温度范围为：600℃-620℃，保温时间为两个小时；在 400℃-850℃的温度范围内，对奥氏体不锈钢进行缓慢冷却后会发生材料结构间的腐蚀，形成奥氏体不锈钢的过敏化。所以当要求比较高的抗腐蚀性或者高温要求时，设计压力容器时需要制定适应的热处理方法，以保证压力容器的性能。
2.2 复合板式压力容器的焊接后热处理问题
复合板式压力容器的焊接后热处理问题必须要重视考虑和处理。一般而言，构成复合板的基层材料要进行焊接后热处理时，那么，以该材料制成的压力容器也必须进行焊接后的热处理技术，并且必须考虑到热处理对复合板式的材料的化学性和物理性的不利影响。因为这种热处理技术在很大程度上能够使复合材料以及焊接处发生碳化，从而使材料的性能变弱，甚至消失。基于以上，设计师在设计复合板式的压力容器的热处理时，要考虑到热处理对复合板式的材料的化学性和物理性的不利影响，以免影响复合材料的耐腐蚀性。基本上复合板式的压力容器所使用的材料应该符合以下要求：第一，碳质钢的厚度要大于或等于圆筒内直径的3%；第二，其他的合金钢材的厚度要大于或等于圆筒内直径的2.5%。
2.3 设计压力容器时进行热处理技术需要注意的内容
首先，设计压力容器时焊接元件的步骤要放在热处理技术的前面。其次，制造压力容器的过程中，完成全部的焊接任务而且技术检验符合常规后，进行热处理技术，再进行耐压性实验。第三，焊接后的管板式容器要进行消除应力热处理技术，但是以不锈钢为材料的设计方案不包括此范围内。第四，碳质钢材、低含量的合金钢制品的焊接程序的管箱侧面开口超过圆筒内直径的三分之一，然后在焊接后进行消除应力的热处理技术，再进行密封面的处理步骤。第五，但是考虑不同品种的焊接点，应该根据热处理的具体要求，判断是否进行焊接后的热处理。第六，进行焊接后的热处理技术时绝不能采用燃煤炉。
2.4 以液态氨为介质的压力容器的热处理问题
经验得出，不是所有的以液态氨为介质的压力容器都要进行热处理技术，这是由应力腐蚀的情况决定。当压力容器接触的液态氨具有腐蚀性应该符合的条件是：第一，以液态的氨为介质，环境内含水量应该小于或者等于0.2%，此外，环境可能受到了空气成分--氧气或者二氧化碳的污染。第二，环境温度范围应该在零下5℃以上。特别是，当压力容器的固定管板式换热器的壳程介质是液态氨时，热处理时应该采取分步法进行处理，也就是说首先使换热器的外壳进行热处理，然后把外壳和管板进行焊接，最后进行局部热处理。
3 结束语
压力容器的用途比较广泛，具有能够发生化学反应或者物理反应、能够传导热能、能够进行分离和存储以及具有耐压性能等功能，在能源工业、科学研究事业、军队工程以及石油化工工程等多种行业具有举足轻重的地位。压力容器的使用环境比较恶劣，设计过程比较复杂，如果压力容器一旦被损坏，造成的影响也十分严重。所以，要选取合适的材料和方法进行热处理技术，以保证压力容器的质量，确保这种大型的压力容器的安全性和可靠性。
作者简介
魏瑞，（1984，8-）男，籍贯山东省淄博市，就职于山东省特种设备检验研究院淄博分院，检验员，助理工程师。
刘克强，（1981，11-）男，籍贯山东省淄博市，就职于山东省特种设备检验研究院淄博分院，检验员，工程师
孙健，（1986，4）男，籍贯山东省淄博市，就职于山东省特种设备检验研究院淄博分院，检验员，助理工程师。