摘要：随着人们对安全生产要求的不断提高，双相不锈钢压力容器在生产过程中的投资也越来越多。质量好的容器可以减少企业的经营故障率，但在制造过程中容易忽视一些问题，双相不锈钢压力容器与普通压力容器相比有其特殊性，有必要提高不锈钢压力容器的监督检验水平，以保证压力容器的安全性能。
关键词：双相不锈钢；压力容器；制造；应用
前言
双相不锈钢具有优异的高温力学性能、低热膨胀性、耐腐蚀性和抗辐照损伤性能，广泛应用在石油、化工、军工等领域，是核电站冷却回路管道的关键材料。然而，双相不锈钢在300～550℃范围内服役时铁素体会发生热老化现象，引起不锈钢的塑性、韧性降低以及耐腐蚀性恶化，也称为“475°C脆性”，影响部件的使用寿命和安全性。此外，双相不锈钢在辐照条件下会产生由介观发展到宏观尺度的空洞等缺陷。
1双相钢特点及影响材料耐蚀性的因素
1.1双相钢的特点
双相钢由铁素体相加奥氏体相两相组织构成，晶粒相互交叉，习惯上称α＋γ双相钢，多以奥氏体为基体，并含有不小于３０％的铁素体，最理想的是两相各占约５０％的双相不锈钢。由于双相钢具有α＋γ双相组织结构，双相钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。保留了铁素体不锈钢导热系数高、线膨胀系数小、良好的塑性等特性；与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能有明显的提高。除此之外，双相钢的强度、硬度均比铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢高，其耐磨蚀性也大为提高，超级双相钢比普通双相钢耐蚀性更好，主要是合金含量提高，带来点蚀系数提高。在含钼双相钢中，钼和氮含量越高，σ相析出敏感性也越大，使制造难度也加大很多。
1.2相比例对耐蚀性的影响
双相不锈钢的耐腐蚀性能与相比例有着密切的关系。双相不锈钢受敏化温度后，铬碳化物首先沿α/γ晶界的α相一侧析出，而γ/γ奥氏体晶界上铬碳化物析出较迟且数量较少，不易形成网状。同时，即使铬碳化物优先沿α/γ晶界的α相一侧析出，而引起“贫铬化”，但是由于铬在铁素体内扩散快，“贫铬化”也会很快消失，加上双相钢具有细微的晶粒结构，因此双相钢的晶间腐蚀倾向较单相钢小，双相钢还有良好的抗应力腐蚀能力，当α/γ相接近１时，晶粒相互交叉，在外加应力不太高的情况下（如应力低于屈服强度），即使奥氏体晶粒产生了应力腐蚀裂纹，遇到奥氏体和铁素体的相界时，裂纹一般会在铁素体相前停止发展，不会再产生应力腐蚀。
1.3点蚀系数PREN对耐蚀性的影响
点蚀是一种局部腐蚀，它往往成为应力腐蚀开裂和疲劳腐蚀开裂的根源，影响点蚀的主要合金元素是铬、钼、氮。为了描述合金元素数量与腐蚀性能关系，建立了数学关系式，称为点蚀系数PREN，公式如下：
PREN＝％Cr＋３。３×％Mo＋１６×％N
耐点蚀与缝隙腐蚀性能主要取决于PREN值。单纯依赖PREN值评估双相不锈钢的耐点蚀性能是不一定准确的，因为合金元素在两相中的分配不平衡，当两相的PREN值不一样时，钢的实际耐点蚀性由耐点蚀性能低的相决定。钼元素更多分布在于铁素体相中，必然导致奥氏体相的耐点蚀性能低于铁素体相，通过提高氮含量来提高奥氏体相的PREN，使双相不锈钢的两相PREN相当，从而提高双相钢的抗点蚀腐蚀能力、缝隙腐蚀能力、抗应力腐蚀能力，尤其在以点蚀为起源的氯化物介质中作用尤为明显。
1.4有害相析出危害及对耐蚀性影响
由于双相不锈钢有两相组织的特点，双相钢冶炼、成分控制、冷热加工工艺和成型技术要求高，尤其是热处理工艺，若控制不好，易造成有害相析出。双相钢在近300~1000℃温度区间，会形成大量的不受欢迎的二次有害相，有害相既有奥氏体不锈钢中常见的σ、M７C３、M２３C６等析出相，还有可能析出Cr２N、Cr2N、χ、R、π、α′相等，不但对双相钢耐腐蚀性能带来不利影响，而且使材料韧性明显降低，甚至完全失去塑性，其中危害最大的是σ相。
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1.5 σ相对耐腐蚀性能影响
σ相中含有较高的铬、钼元素，如果双相钢中析出σ相，必然在σ相周围形成了贫钼、铬区，该区域的存在成为孔蚀的敏感点，腐蚀就沿贫铬区向纵深发展形成蚁穴形孔蚀。双相钢在氯化物介质中的应力腐蚀开裂一般是由孔蚀引起的，因此σ相的析出导致钢对应力腐蚀敏感。根据贫铬理论机理，贫铬区的存在也降低了双相钢材料的耐晶间腐蚀性能。
1.6非金属夹杂物对耐蚀影响
非金属夹杂也是孔蚀敏感位置，其组成和分布如同σ相等不均匀的组织一样对孔蚀有重大影响，尤其是硫（S）、磷（P）会大大削弱了双相钢材料的耐蚀性，因此在钢材冶炼时应严格控制其含量。
2对壳体、封头等结构成型过程的监督检验
2.1双相不锈钢板下料时
应将双相不锈钢板移至专用场地下料，严禁在双相不锈钢材料垛上直接切割下料。加工过程中严禁在双相不锈钢材料表面用钢针划线和打洋冲眼。材料移植标记和检验确认标记应在双相不锈钢板上用无氯无硫的记号笔书写。卷板时，材料最好与卷板机轧辊隔离。
2.2壳体通常都采用冷加工卷板成型
经热加工成型的双相不锈钢封头等零部件，凡是有抗晶间腐蚀要求的，均需采取固溶或稳定化处理措施。奥氏体不锈钢材料焊接后一般不要求做焊后热处理，如有特殊要求时，应按设计图样进行。
2.3壳体组装过程中有时需要增加临时垫板等辅助工件
若垫板等需要与壳体直接接触，要选择与相似的双相不锈钢材料。如发现部分碳钢工卡具与壳体表面直接接触或点焊的情况，需要尽快地处理，小部分范围可自行进行打磨清洗，大范围的污染则需要上报工艺相关部门，之后根据返修方案执行。
2.4焊接方法选用SMAW
施焊人员禁止在母材等非施焊表面直接引弧，应铺设防飞溅涂层。焊接过程应严格按照焊接工艺执行，注意焊接线能量，焊接速度，保护气流量，特别是材料要求背面保护的情况。
2.5焊缝外观检查
对接接头表面严禁有气孔、裂纹、夹渣等缺陷，不焊缝表面的颜色由优到次分别为银白色、金黄色、蓝色、黑色或蓝黑色，其中，黑色或蓝黑色判为不合格。
3对表面处理及无损检测过程中的监督检验
3.1所有焊接修补工作应该在对表面处理之前结束
焊缝表面的焊接飞溅物、溶渣、焊疤、凹坑、油污等杂质均应清除干净。严禁将打磨碳钢和不锈钢材料的砂轮片进行混用打磨，严格控制焊缝及母材表面打磨面积和深度，否则过多材料的损耗对设备的整体应力分布有较大的影响。
3.2要求酸洗时
凡接触部位焊接有碳钢零部件的，应尽量避免碳钢零部件的酸化，若无法避免时，碳钢零部件必须预先做好保护措施。酸洗后的不锈钢表面不得有明显的腐蚀痕迹，不得有颜色不均匀的斑纹，焊缝等热加工表面不得有氧化色。不锈钢压力容器酸洗后，必须用水冲洗干净，不允许残留酸洗液。
3.3无损检测一般采用RT和PT检测
因为奥氏体不锈钢焊缝熔合区的晶粒粗大，对超声波检测仪发出的超声波造成大量衰减，致使收到的信号杂乱，难以分辨，同时奥氏体不锈钢一般呈无磁性，因此不建议使用UT和MT。
结束语
从这些年双相不锈钢材料产品的安全使用现状来看，产品质量的好坏与设计水平存在直接的联系，目前，在各行业当中压力容器有着十分宽广的运用空间。尤其是在石油化工企业而言，其运用介质有着特殊的性质，为此，对工艺设备的耐腐蚀性有着非常高的准求。最近几年因低价格、优质腐蚀性能、较大的强度等优势，双相不锈钢材料压力容器有着无限广阔的运用空间。
参考文献
[1]郁辉，王秀芝，胡艳芳。复合不锈钢材料的压力容器制造与设计的质量控制[J].化学工程与装备，2012（04）：80~82.
[2]黄嘉琥.压力容器与双相不锈钢(三)[J].压力容器,2015,32(4):5.
论文作者:刘玉习1,张岩民2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/24
标签：奥氏体论文; 不锈钢论文; 应力论文; 压力容器论文; 性能论文; 晶粒论文; 表面论文; 《基层建设》2018年第4期论文;