引言:随着我国近些年来对石油化工产业的建设力度不断加大,提升石油压力容器的材料性能已经成为行业内专业人士们的共识,因此,深入研究改善石油压力容器性能的热处理技术,提高压力容器的安全性与抗腐蚀性,对发展我国石油化工产业,降低石油安全事故发生率具有非常重要的意义。
1热处理技术类型与主要加工工艺
常见的热处理技术主要包括淬火热处理技术、退火热处理技术、正火热处理技术以及回火热处理技术等,这些热处理技术对石油压力容器性能的提升具十分重要的作用。例如,淬火热处理技术可以获得相应的Ms组织,并提高容器的强度与硬度;退火热处理技术则可以降低容器内部的应力,从而增强容器的塑性,使其更易于拉伸与打磨。
热处理技术的主要加工工艺包括预先热处理与最终热处理两个大方面,前者主要目的是消除上一道工序缺陷,并为下一道工序的有效加工做热处理铺垫,使下一道加工环节更为顺畅;最终热处理的目的则是保证石油压力容器的最终使用性能更加稳定,从而进一步降低石油安全事故的发生率。
2热处理技术在石油压力容器中的应用
2.1金属材料的焊接前预热
金属材料的焊前预热技术是热处理技术在石油压力容器生产中的重要应用之一。热处理技术主要是通过把金属类材料放置在某类介质以后,进行专业性特定加热、保温以及其它的冷处理操作,从而使金属类材料的内部结构与表面组织得到改善,以此来消除金属材料中残余的内应力,达到改善金属材料综合机械性能的目标。一般说来,金属材料的焊接前预热,是技术人员将金属材料先加热到特定的一个温度,再对其进行预热处理工作,这是因为高温可以在很大程度上改变一些基体材料的主要组织结构,以此来降低其强度与硬度,使其焊接性能得到大幅度提升[1]。
除此之外,石油压力容器的焊接前预热处理,还需要技术人员重点关注预热后容器焊接的冷却速度,要确保焊接以后的冷却速度得到匀速降低,从而使石油压力容器的基体材料在焊接区域中更好的脱去氢元素,降低容器焊缝金属材料中扩散氢元素的逸出,进而最大限度避免造成氢致裂纹问题的发生,以此来增加石油压力容器焊接区域的抗裂性。通过对石油压力容器的均匀预热,可以帮助技术人员缩小金属类材料焊接的位置以及与其它部位之间的温度差,使其减小焊接过程中的应力作用,降低焊接应变速率,减小焊接材料基体的拘束程度,从而帮助技术人员有效防止石油压力容器焊接时的裂纹产生。
2.2压力容器焊接后热处理
压力容器焊接后的热处理方法也是热处理技术在石油压力容器生产中的重要应用之一。由于在生产石油压力容器时,折弯步骤、焊接环节等工艺都会降低金属容器的抗疲劳强度,造成材料的脆性断裂与应力腐蚀,所以在容器焊接环节后技术人员还要做好焊接后的热处理工作。
首先,需要对焊接后的石油压力容器执行除氢工作,这主要是由于当对金属类的材料进行焊接步骤以后,其焊接部位附近区域的温度仍然会高于100摄氏度,而采取焊接后低温热处理技术则可以促使焊接区域及其附近区域内的氢元素更好的脱离,以此来避免低合金钢等材料的压力容器出现氢脆现象,从而将焊接区发生裂纹现象的可能性降至最低。
其次,努力消除焊接时产生的具有残留性质的内应力,这类内应力通常根源于两种因素,一是焊接时金属容器由于周围环境迅速升温与冷却,使其内部结构产生极其不均匀的内部应力;二是在焊接金属类压力容器时,由于其自身特点或外力约束而产生的内部应力。技术人员在这类金属容器焊接以后,通过采用整体或者部分高温回火的方式,可以在很大程度上抵消石油压力容器的残留内应力。
最后,由于金属材料自身的力学性质,容器在焊接以后形成的接头及其表面组织结构会发生一定改变,并形成淬硬组织,这就会在很大程度上毁坏容器的机械性能,因此,技术人员通过使用焊接后的热处理技术,就能使容器材料的硬度实现微降,从而改善被焊接位置附近的塑性与韧性,使容器材料得到更好的综合力学性质,以此来提升其内部结构的综合稳定性和外形尺寸的精准度。
2.3容器零件的特殊化学热处理
对容器零件进行特殊的化学热处理,也是热处理技术在石油压力容器生产中的重要应用之一。石油压力容器通常会由众多复杂的零件组成,并且这些零件的具体作用常常也各不相同,所以这些零件各自侧重的机械性也不尽相同,这就使得容器零件在生产过程中需要对其进行一些特殊的化学热处理工作。
例如,对于那些需要有较高耐磨性的零件,相关技术人员面对钢性零件时,可以选用渗碳淬火法,使容器零件的表面形成一层高碳马氏体硬化层,在面对合金钢性质的容器零件时,相关技术人员则可以使用渗氮法来在其表面产生含有合金氮化物质的弥散硬化层,从而提升石油压力容器中部分零件的表面硬度,使其硬度达到HRC60以上。此外,对于那些需要有较强抗疲劳度的容器零件,相关技术人员可以通过选用渗碳化学法来对其进行热处理,使零件表面形成一定数量的残留压应力,从而进一步提升零件的抗疲劳强度;对于那些需要良好抗腐蚀性与抗高温氧化性的容器零件,技术人员则可以通过渗氮化学热处理法,在容器表面渗入硅、铝、铬等元素,使其表面产生稳定层,即高度致密的SiO2、Al2O3、Cr2O3膜层,以此来最大限度增强其耐腐蚀性与耐高温氧化性[2]。
结论:综上所述,在进行石油压力容器的生产与制造过程中,相关技术人员要重视热处理技术的利用率,做好金属材料的焊接前预热工作,注意压力容器焊接后的热处理步骤,关注容器零件的特殊化学热处理技术,从而真正提高石油压力容器的材料性能,进一步增加石油化工产业生产的安全性。
参考文献:
[1]杨晓东.热处理技术在石油化工压力容器中的应用[J].山西化工,2018,06:162-164.
[2]张浩.热处理技术在石油压力容器中的应用探析[J].化工管理,2017,03:137.