重要な部品の溶接、合金鋼の溶接、厚肉部品の溶接はすべて溶接前に予熱が必要です。溶接前の予熱の主な機能は次のとおりです。
(1) 予熱により溶接後の冷却速度を遅くすることができ、これにより溶接金属中の拡散性水素の逃散が促進され、水素起因の亀裂が回避されます。同時に、溶接部および熱影響部の硬化度が低下し、溶接継手の耐亀裂性が向上します。
(2) 予熱により溶接応力を軽減できます。均一な局所予熱または全体予熱により、溶接領域で溶接されるワーク間の温度差 (温度勾配とも呼ばれます) を減らすことができます。このようにして、一方では溶接応力が減少し、他方では溶接ひずみ速度が減少するため、溶接割れの回避に役立ちます。
(3) 予熱により溶接構造の拘束、特にすみ肉継手の拘束を軽減できます。予熱温度が高くなると、クラックの発生率は減少します。
予熱温度やパス間温度の選択は、鋼材や電極の化学組成だけでなく、溶接構造の剛性、溶接方法、周囲温度なども関係し、これらを総合的に考慮して決定する必要があります。要因。
また、鋼板の板厚方向の予熱温度の均一性や溶接部の均一性も溶接応力の低減に重要な影響を及ぼします。局部予熱の幅は溶接するワークの拘束に応じて決定してください。一般に、溶接領域の周囲の壁の厚さは 3 倍であり、150 ～ 200 mm 以上である必要があります。予熱が均一でないと、溶接応力が低下するどころか、溶接応力が増加してしまいます。
溶接後の熱処理には、水素の除去、溶接応力の除去、溶接構造と全体的な性能の改善の 3 つの目的があります。
溶接後の脱水素処理とは、溶接が完了し、溶接部が 100 °C 以下に冷却されないまま実行される低温熱処理を指します。200～350℃に加熱して2～6時間保持するのが一般的な仕様です。溶接後の水素除去処理の主な機能は、溶接部および熱影響部の水素の放出を促進することであり、低合金鋼の溶接時の溶接割れの防止に非常に効果的です。
溶接プロセス中、加熱と冷却の不均一性、および部品自体の拘束または外部拘束により、溶接作業が完了した後も部品内に溶接応力が常に発生します。部品内に溶接応力が存在すると、溶接接合部の実際の支持力が低下し、塑性変形が発生し、ひどい場合には部品の損傷につながることもあります。
歪取り熱処理は、溶接応力を緩和する目的を達成するために、高温で溶接されたワークピースの降伏強度を低下させることです。一般的に使用される方法は 2 つあります。1 つは全体高温焼戻しです。つまり、溶接物全体を加熱炉に入れ、一定の温度までゆっくりと加熱し、一定時間保持し、最後に空冷するか、または冷却します。炉の中。
このようにして、溶接応力の 80% ～ 90% を除去できます。もう一つの方法は、局部高温焼戻しです。溶接部とその周囲のみを加熱し、その後ゆっくり冷却することで、溶接応力のピーク値を低減し、応力分布を比較的平坦にし、溶接応力を部分的に除去します。
一部の合金鋼材料を溶接すると、溶接接合部に硬化組織が現れ、材料の機械的特性が低下します。さらに、この硬化した構造により、溶接応力や水素の作用により接合部が破壊される可能性があります。熱処理後、継手の金属組織が改善され、溶接継手の可塑性と靭性が改善され、溶接継手の総合的な機械的特性が向上します。
脱水素処理とは、300～400度の加熱温度範囲で一定時間保温することです。溶接継手の水素の抜けを促進することが目的であり、脱水素処理の効果は低温後加熱よりも優れています。
溶接後および溶接後の熱処理、溶接後の適時な後加熱および脱水素処理は、溶接時の低温割れを防止する効果的な対策の 1 つです。厚板の多パス・多層溶接における水素の蓄積により発生する水素誘起割れは、2～3回の中間水素除去処理で処理する必要があります。
圧力容器設計における熱処理の考慮
圧力容器の設計における熱処理の考慮 熱処理は、金属の特性を改善および回復するための伝統的かつ効果的な方法として、圧力容器の設計および製造において常に比較的弱い関係でした。
圧力容器には 4 種類の熱処理が含まれます。
溶接後の熱処理（応力除去熱処理）。材料特性を改善するための熱処理。材料特性を回復するための熱処理。溶接後の水素除去処理。ここでの焦点は、圧力容器の設計で広く使用されている溶接後の熱処理に関連する問題について説明することです。
1. オーステナイト系ステンレス鋼の圧力容器には溶接後の熱処理が必要ですか?溶接後熱処理は、高温での金属材料の降伏限界の減少を利用して、応力の高い箇所に塑性流動を発生させ、溶接残留応力を除去する目的を達成し、溶接後の熱処理を行います。同時に、溶接継手と熱影響部の塑性と靭性を向上させ、応力腐食に対する耐性を向上させることができます。この応力除去方法は、体心立方晶構造を有する炭素鋼、低合金鋼の圧力容器に広く使用されています。
オーステナイト系ステンレス鋼の結晶構造は面心立方晶です。面心立方晶の結晶構造を有する金属材料は、体心立方晶に比べてすべり面が多いため、良好な靱性および歪強化特性を示す。
さらに、圧力容器の設計では、耐食性と温度の特殊要件を満たすという 2 つの目的からステンレス鋼が選択されることがよくあります。また、ステンレス鋼は炭素鋼や低合金鋼に比べて高価であるため、肉厚はあまり厚くありません。厚い。
したがって、通常の運転の安全性を考慮すると、オーステナイト系ステンレス鋼の圧力容器には溶接後の熱処理要件は必要ありません。
使用に伴う腐食については、疲労や衝撃荷重などの異常な使用条件による劣化などの材料の不安定性は、従来の設計では考慮することが困難でした。このような状況が存在する場合、関連する科学および技術担当者 (設計、使用、科学研究、その他の関連部門など) は、綿密な調査、比較実験を実施し、包括的な熱処理を確保するために実行可能な熱処理計画を立てる必要があります。圧力容器のサービスパフォーマンスには影響しません。
そうでなければ、オーステナイト系ステンレス鋼の圧力容器の熱処理の必要性と可能性が十分に考慮されていない場合、炭素鋼や低合金鋼からの類推によってオーステナイト系ステンレス鋼の熱処理要件を単純に定めることは、多くの場合実行不可能です。
現在の規格では、オーステナイト系ステンレス鋼圧力容器の溶接後の熱処理の要件はかなり曖昧です。GB150では、「図面に別段の指定がない限り、冷間成形されたオーステナイト系ステンレス鋼のヘッドは熱処理してはならない」と規定されています。
それ以外の場合に熱処理を行うかどうかについては、人によって理解が異なる場合があります。GB150では、容器およびその圧力部品が以下のいずれかの条件を満たし、熱処理が必要であると規定されています。２番目と３番目は「液化石油ガス、液体アンモニア等を入れる容器等応力腐食の生じた容器」です。および「非常に有毒な媒体を含む容器」。
そこには「図面に別段の指定がない限り、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手は熱処理してはならない」と規定されているだけである。
標準的な表現のレベルから、この要件は主に最初の項目に列挙されたさまざまな状況に対するものとして理解されるべきです。なお、上記第２、第３の状況は必ずしも含まれない場合がある。
このようにして、オーステナイト系ステンレス鋼圧力容器の溶接後の熱処理の要件をより包括的かつ正確に表現できるため、設計者は実際の状況に応じてオーステナイト系ステンレス鋼圧力容器の熱処理を行うかどうか、またどのように熱処理を行うかを決定できます。
第 99 版「容量規則」の第 74 条には、次のように明確に記載されています。「オーステナイト系ステンレス鋼または非鉄金属の圧力容器は、一般に溶接後の熱処理を必要としません。特別な要件で熱処理が必要な場合は、図面にその旨を記載する必要があります。」
2. 耐火性ステンレスクラッド鋼板容器の熱処理 耐火性ステンレスクラッド鋼板は、優れた耐食性、機械的強度の完璧な組み合わせ、およびリーズナブルなコストパフォーマンスにより、圧力容器業界でますます広く使用されています。圧力容器の設計者は、熱処理の問題にも注意を払う必要があります。
圧力容器の設計者が複合パネルに関して通常重視する技術指標はその結合率ですが、複合パネルの熱処理はほとんど考慮されないか、関連する技術基準や製造業者によって考慮される必要があることがよくあります。金属複合パネルのブラスト処理は、本質的には金属表面にエネルギーを加える処理です。
高速パルスの作用により複合材料が母材に斜めに衝突し、メタルジェット状態でクラッド金属と母材の間にジグザグの複合界面が形成され、原子間の結合が実現します。
実際に爆砕処理後の母材にひずみ強化処理を施します。
その結果、引張強さ σb は増加し、塑性指数は減少し、降伏強さの値 σs は明確ではなくなります。Q235系鋼であっても16MnRであっても、爆発処理を行って機械的性質を試験した後、すべて上記のひずみ強化現象が見られます。この点に関して、チタン鋼クラッド板およびニッケル鋼クラッド板の両方は、爆薬配合後にクラッド板が応力除去熱処理を受けることを必要とする。
これについては、第99版の「容量計」にも明確な規定が設けられていますが、爆発性複合オーステナイト系ステンレス鋼板についてはそのような規定はありません。
現在の関連技術基準では、オーステナイト系ステンレス鋼板を爆砕処理した後に熱処理するか否か、またどのように熱処理するかについては比較的曖昧である。
GB8165-87「ステンレスクラッド鋼板」には、「仕入先と仕入先との契約により、熱間圧延状態または熱処理状態での納入も可能」と規定されています。レベリング、トリミング、カット用に提供されます。ご要望に応じて、複合表面を酸洗い、不動態化、または研磨することができ、熱処理した状態で提供することもできます。」
熱処理がどのように行われるかについては言及されていない。この状況の主な理由は依然として、オーステナイト系ステンレス鋼が粒界腐食を引き起こす鋭敏化領域の問題である。
GB8547-87「チタン鋼クラッド板」では、チタン鋼クラッド板の歪取り熱処理の熱処理系を540℃±25℃、3時間保温と規定しています。この温度はちょうどオーステナイト系ステンレス鋼の鋭敏化温度範囲（400℃～850℃）にあります。
したがって、爆発性複合オーステナイト系ステンレス鋼板の熱処理について明確な規定を設けることは困難である。この点については、圧力容器の設計者が十分に理解し、十分な注意を払って対応する必要があります。
まず、1Cr18Ni9Tiは、低炭素オーステナイト系ステンレス鋼0Cr18Ni9に比べて炭素含有量が多く、鋭敏化が起こりやすく、耐粒界腐食性が低下するため、クラッドステンレス鋼には使用しないでください。
さらに、爆発性複合オーステナイト系ステンレス鋼板で作られた圧力容器のシェルとヘッドが、高圧、圧力変動、極めて危険性の高い媒体などの過酷な条件で使用される場合は、00Cr17Ni14Mo2 を使用する必要があります。超低炭素オーステナイト系ステンレス鋼は、鋭敏化の可能性を最小限に抑えます。
複合パネルの熱処理要件を明確に提示し、基材に一定量の可塑性を持たせ、複合材料に熱処理特性を持たせるという目的を達成するために、関係者と協議して熱処理システムを決定する必要があります。必要な耐食性。
3. 装置全体の熱処理を他の方法で置き換えることはできますか?メーカーの条件の限界と経済的利益の考慮により、多くの人が圧力容器全体の熱処理に代わる他の方法を模索してきました。これらの探査は有益で価値がありますが、現時点では圧力容器全体の熱処理の代替にはなりません。
一体型熱処理の要件は、現在有効な規格や手順では緩和されていません。全面熱処理の代替法としては、局所熱処理、溶接残留応力除去ハンマリング法、溶接残留応力除去爆発法及び振動法、熱湯浴法などが代表的です。
部分熱処理：GB150-1998「鋼製圧力容器」の 10.4.5.3 に規定：「B、C、D 溶接継手、球面ヘッドとシリンダを接続する A タイプ溶接継手および溶接欠陥のある補修部品は使用を許可する」部分的な熱処理。熱処理法です。」この規制は、シリンダー上のクラス A 溶接に対して局所熱処理方法が許可されていないことを意味します。つまり、装置全体で局所熱処理方法を使用することが許可されていません。その理由の 1 つは、溶接残留応力を維持できないことです。対称的に削除されます。
ハンマリング法は溶接残留応力を除去します。つまり、手動ハンマリングによって溶接継手の表面に積層応力が重畳され、それによって残留引張応力の悪影響が部分的に相殺されます。
この方法は原理的には応力腐食割れの発生を抑制する効果があります。
しかし、実際の運用プロセスでは定量的な指標や運用手順が厳格化されておらず、比較・活用のための検証作業が十分ではないため、現在の規格では採用されていない。
溶接残留応力を除去する爆薬方式：爆薬を特殊テープ状にし、機器の内壁を溶接継手の表面に貼り付けます。ハンマー方式と同様の仕組みで溶接残留応力を除去します。
この工法はハンマリング工法の欠点を補って溶接残留応力を除去できると言われています。ただし、一部のユニットでは、同一条件の 2 つの LPG 貯蔵タンクの溶接残留応力を除去するために、全面熱処理と爆発法を使用しています。数年後、タンクの開口検査で、前者の溶接継手は無傷であることが判明しましたが、爆発法によって残留応力が除去された貯蔵タンクの溶接継手には多数の亀裂が見られました。このようにして、溶接残留応力を除去するためにかつて流行した爆発法は沈黙します。
残留応力を溶接して除去する他の方法もありますが、さまざまな理由から圧力容器業界では受け入れられていません。つまり、圧力容器の溶接後熱処理全体（炉内での副熱処理を含む）は、エネルギー消費量が多くサイクルタイムが長いという欠点があり、実際の運用では、次のような要因によりさまざまな困難に直面しています。圧力容器の構造はまだ変わっていませんが、それは依然として現在の圧力容器業界です。あらゆる点で許容できる溶接残留応力を除去する唯一の方法。
投稿日時: 2022 年 7 月 25 日