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摘要：随着国家工业的日益发达和科学技术的日新月异，工业生产中科学原理的应用日益广泛，其中材料学在压力容器中的应用更是如此。本文基于材料学和压力容器相关知识的分析概述，研究探讨材料学在压力容器中的应用，包括材料热处理、材料焊接以及材料腐蚀等。
关键词：材料学；压力容器；应用
改革开放以来，国家大力提倡科教兴国，科学原理知识在工农业中的应用十分广泛，尤其是工业中的科学应用。在工业发展中，随着如2005年的《产业结构调整指导目录》和2007年的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》等一系列工业发展纲领的颁布实施，下游产业逐渐发展代换，引发工业装备大升级，金属压力容器的应用与清洁能源应用、新能源制造以及海水淡化装备制造一起被列入国家工业发展的重点领域，压力容器行业的发展日益引发关注。同时，在吸收借鉴国外先进技术的基础上，国家压力容器行业的发展逐步引入更多科学原理知识，以响应国家科教兴国的号召，其中自然包括材料学的引入应用。
一、材料学与压力容器概述
依据相关科普知识可知，材料学是一门集材料组成、结构、工艺、性质和使用性能研究于一体的新型化工科学，在材料的设计、制造、工艺优化以及合理使用上有着重要的借鉴意义。就一般情况而言，材料学全面研究材料在不同组成形式和不同工艺条件下的变量关系，获取材料的相关使用性能，进而实现材料在工业应用中的工艺优化效果。
通常情况下，压力容器用来储存化学性质活跃的气体或液体，盛装的气体或液体易燃易爆，腐蚀性强，毒性高，内外部威胁隐患多，安全事故时有发生。常见压力容器的构造如下图所示。
常见压力容器的构造图
因此，压力容器的制造在材料选择上要求极高，在加工操作简便、加工成本合理的基础上要确保材料在恶劣作业环境下性质稳定，不易发生变化，因而便需要材料学的相关知识提供相应的科学依据。
二、材料学在压力容器中的应用
材料学在压力容器中的应用通常情况下包括材料热处理、材料焊接以及材料腐蚀三个方面的应用。
（一）压力容器的材料热处理
压力容器中材料的热处理主要是指在一定的介质内，对金属材料进行加热、保温、冷却处理，以此改变材料组成结构，进而实现控制材料如强度、硬度、塑性等的性能的压力容器金属材料加工工艺。金属压力容器的制造中，钢是最多使用的材料，其热处理加工工艺分为正火、除应力退火、淬火以及回火四种。
第一，压力容器的材料热处理中，正火是指以奥氏体化温度为标准进行钢的加热后自然冷却的加工工艺。制造压力容器时，正火处理碳钢和低合金钢，晶粒细化，钢板性能便得以改善，压力容器的塑性和韧性便能得以提升。第二，除应力退火是指以钢相变点为标准，进行钢的加热处理，实现焊接、塑性变形、切割加工等工艺中剩余应力的去除的加工工艺。在压力容器制造中，剩余应力主要包括钢板复层贴合生成的残余应力、产品零部件成形中的残余应力、接头焊接的残余应力以及焊接机加工使用中的变形内应力等，这些剩余应力一经消除，材料焊缝的抗裂性和韧性便能得以提升。第三，压力容器的材料热处理中，淬火是指以钢的临界点为标准，进行钢的加热保温后迅速冷却，获取钢的马氏体或贝氏体结构的加工工艺。压力容器的金属材料淬火过程中，以低碳钢和低合金钢为原材料获取马氏体或贝氏体，材料的强度和韧性便能得以提升；在压力容器的热处理中，通常情况下，淬火与回火结合进行。第四，在压力容器的材料热处理中，回火是指在经过淬火或正火处理后，以相变点为标准进一步将钢加热保温后冷却，去除淬火或正火残余应力的加工工艺，回火处理后，钢的脆性降低，刚性和韧性得以提升。
（二）压力容器的材料焊接
压力容器制造中，材料焊接是指同种或异种材料经过加热或加压处理后形成永久性连接的加工工艺，焊接工艺的应用对于压力容器的制造具有相当大的意义，所占加工比例已达30%甚至以上，材料焊接结果的好坏直接决定着压力容器安全使用性能的高低。压力容器的材料焊接处理中，主要会发生两种焊接缺陷事故，即加热时晶粒粗化而造成强度和塑性的降低和冷却中马氏体结构的生成而致使材料塑性降低，一旦存在焊接缺陷，压力容器便会出现如冷裂纹等安全事故。
当前，工业生产中多以碳当量Ceq的检测值来判断钢材的焊接质量。在压力容器的材料焊接过程中，碳含量是钢材焊接的基础，在钢中添加其它合金元素，此时其它合金含量等效于碳含量，因此成为碳当量。通常情况下，当碳当量Ceq低于0.4%时，钢材不需要进行预热处理，焊接质量好；当碳当量Ceq字在0.4%-0.6%范围内时，钢材焊接需要进行预热处理，焊接质量不够合格；当碳当量超过0.6%时，钢材焊接质量差。因此，在压力容器的材料焊接中，要严格控制碳当量Ceq值的大小，以确保材料焊接质量。
（三）压力容器的材料腐蚀
压力容器制造过程中，材料腐蚀是最常见的问题，如开裂现象等。开裂是压力容器失效的常见原因，压力容器一旦出现开裂现象，便有可能出现严重的安全事故。压力容器在使用时，材料因一些腐蚀性介质的影响而发生腐蚀后，强度会急剧降低，压力容器在较低应力作用下便会出现开裂现象，即压力容器的应力腐蚀开裂。
压力容器的应力腐蚀开裂原理通常是应力作用下，材料力学性能不稳定，应力裂纹出现穿晶断裂现象；一般情况下，出现压力容器的应力腐蚀开裂现象主要有两个方面的原因，一方面是选用的材料性能不稳定，容易在腐蚀性介质的作用下出现腐蚀现象，另一方面是压力容器使用过程中材料内部微观结构在一些因素的影响下出现大幅度变化，进而出现腐蚀现象。
结束语
科教兴国政策的推广实施中，相关科普知识在工业领域的应用十分广泛，其中自然包括材料学原理在压力容器中的应用。依据材料学相关原理，在压力容器制造过程中，要注意把握压力容器材料热处理、材料焊接和材料腐蚀的相关知识，提升压力容器的使用性能，降低压力容器使用的安全事故率，以此促进压力容器行业的健康发展，推动工业的稳定发展，进而推动社会和经济的快速发展。
参考文献：
[1]熊亮,万贵根,李成军.材料学在压力容器中的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2012,33(z1)
[2]熊亮,万贵根,李成军.材料学在压力容器中的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2012,(z2)
论文作者:徐爱玲
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期
论文发表时间:2015/9/22
标签：压力容器论文; 材料论文; 应力论文; 当量论文; 正火论文; 塑性论文; 是指论文; 《基层建设》2015年13期论文;