摘要：我国石油行业处于快速发展的状态下，是国民经济中举足轻重的产业之一，石油行业中的压力容器是应用普遍的石油化工设备，显现出极其重要的抗高压、抗疲劳、抗高温、抗腐蚀的优势特点，与石油工程的整体安全性能有直接而密切的关联，在实践中主要是通过热处理技术增强压力容器的安全性能，然而在长期作业的过程中容易出现石油压力容器的脆化现象，产生较为严重的后果。为此，要重视并分析石油压力容器脆化现象，并合理选择适宜的压力容器用钢材料，以提升石油化工压力容器的质量与安全。
关键词：石油；压力容器；脆化现象
石油化工行业处于突飞猛进的发展趋势之中，其中的压力容器设备是应用广泛的一种设备，由于石油压力容器处于极其特殊的生产作业环境之中，为此，难免存在高温或高压氢气环境下的氢脆现象，并在热处理技术应用的过程中也存在热损失的问题，这就使石油压力容器存在较大的安全隐患，造成严重的安全事故。为此，要采用科学的方法进行石油压力容器的脆化现象分析，并探讨石油压力容器的用钢材料的合理选择。
一、石油压力容器热处理技术概述
由于在石油压力容器制造的过程中存在残余应力，这就使之难免出现断裂现象，为此，要采用热处理技术改变金属材料原有的属性，增强金属材料的性能。具体来说，石油压力容器热处理技术的应用包括以下内容：（1）焊接前预热。石油压力容器的厚壁部件要进行焊接前的预热，以降低金属的硬度。（2）焊接后热处理。通过焊接后热处理的方式，可以消除焊接应力，降低金属的硬度，提升金属的塑性，实现除氢效果，增强内部结构的稳定性，提升石油压力容器的断裂韧性参数和抗疲劳参数。（3）化学热处理。石油压力容器的化学热处理主要是采用渗氮、渗碳、渗硼、渗硫等加工工艺，实现渗层与工件基件之间的结合，增强石油压力容器的耐用性。
二、石油压力容器脆化现象的特点及影响因素分析
1、石油压力容器脆化现象的特点
石油压力容器主要是以钢材的脆断为主要的破坏方式，它主要是由于材料内部存在的宏观裂纹扩展而导致的，由于加工或冶炼过程中的各种缺陷使材料的局部应力超出了自身的屈服强度，在材料自身变形能力较差的状态下出现脆性破坏的现象。其脆性破裂事故的特点主要体现在以下方面：
（1）压力容器的器壁并未出现明显变形。出现脆化的石油压力容器并没有表现出显著的伸长变形现象，其试验压力与容积增长在脆化前表现为线性关系和弹性状态。
（2）压力容器脆裂部位相对平整。由于压力容器的脆化断裂是由正应力所导致的，与主应力方向相垂直，因而其脆裂部位相对平齐且与器壁表面相垂直。同时，压力容器的脆化现象大多属于晶界断裂，因而会在外观上表现出具有金属光泽的结晶状。
（3）脆裂形状大多为碎块。压力容器的脆化现象是基于其自身材料的韧性较差所导致的，因而当其发生脆裂现象时会出现一个量的累积和快速释放的过程，出现裂纹迅速扩展并呈碎块状飞出。
（4）通常发生于温度较低的环境。石油压力容器的金属材料有其自身的断裂韧性特点，它与温度的降低变化呈正相关关系，通常会在温度相对偏低的情形下发生脆性断裂现象。
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2、石油压力容器脆化现象的影响因素分析
石油压力容器脆化现象主要是由以下几种影响因素所导致的，具体表现如下：
（1）高应力场。在对石油压力容器进行加工和冶炼的过程中，如果金属材料处于高度集中的应力场域，则会产生裂纹缺陷并不断扩展，最终造成金属材料的脆裂现象。
（2）金属材料自身的脆性倾向。石油压力容器出现脆化现象还与其金属材料自身的脆性倾向有相关性，当钢材厚度增加的条件下，其低温脆性会表现得极其明显，冲击韧性会呈降低趋势，材料的韧——脆性会随着温度的升高而增加。例如：当压力容器钢板的厚度由50mm增加到150mm时，材料的脆性断裂的韧——脆性开始温度的上升率为0.17℃/mm；当钢板的厚度持续增加并超出150mm时，其脆性断裂开始温度的上升率则达到0.52℃/mm。另外，金属材料还会受到变形速度的影响，当钢板的变形速度不断增加时，其屈服点也相应升高，导致钢板的塑性和韧性不断下降，最终形成裂纹缺陷并扩展出现脆裂现象。
（3）存在脆裂的引发源。温度就是石油压力容器发生脆化现象的直接引发源。当温度出现下降变化时，压力容器材料的屈服极限增加，韧性降低；而当温度下降变化值比钢板的韧——脆性转变温度要低时，则钢板则会实现自身状态的改变，由韧性状态变为脆性状态，导致裂纹缺陷快速扩展而发生低应力脆化。
三、石油压力容器的用钢选择
石油压力容器的安全质量可靠性主要从自身的材料入手，要采用韧性较好的钢材，如：低碳钢、低碳锰钢等，如果其具有足够的断裂韧性，则可以保证压力容器可以承受正常的荷载而不出现脆化现象。因此，要选择在低温下具有一定冲击韧性的钢材，消除钢材加工过程中应力过度集中的现象。具体来说，可以采用如下策略：
1、引用国外标准中钢材。可以选取国外标准中钢材，如：SA-203M压力容器可以选择含镍合金钢板；SA-204M压力器可以选择含钼合金钢板；SA-38压力容器可以选择铬－钼合金钢板，并根据石油化工压力容器的具体要求，注重钢板的型号、级别、质量的合理选择。
2、依循材料代用的相关规定。要明确HG20581钢制化工容器和GB150钢制压力容器的材料代用标准，由设计单位授予压力容器组装制造单位相关的钢材代用权限；如果制造单位具有设计资格，则可以由制造单位的设计部门出具代用材料并施工。同时，值得注意的是，即使一些性能优越的代用材料，也规定只允许代用如下材料，即：16MnR、20R、Q235系列钢板、16Mn、10.20锻件或钢管等。
综上所述，面对竞争日益激烈的石油化工行业，化工压力容器正在向大型化、高压、高温化的方向发展，要了解压力容器制造加工的热处理技术，并分析压力容器在冶炼或加工过程中出现的各种脆化现象，把握压力容器脆化现象的特点和外部影响因素，通过对压力容器脆化现象的分析，可以从选择适宜的钢板材料和消除材料中的应力高度集中两个方面加以防范，避免压力容器出现低应力脆性破坏的现象，确保石油压力容器的质量和安全性能。
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论文作者:梁玉环
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/6
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