近年來，國內(nèi)石油和化學(xué)工業(yè)等流程工業(yè)生產(chǎn)過程中，為適應(yīng)高溫、高壓、易燃、易爆、有毒等惡劣工況，壓力容器等特種設(shè)備越來越多地使用有色金屬材料制造。目前世界各主要工業(yè)國家的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)都在不同程度上包含了有色金屬制壓力容器的內(nèi)容。我國TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》已列入了鋁、銅、鎳、鈦、鋯及其合金制壓力容器安全技術(shù)方面的要點(diǎn)。作為有色金屬制壓力容器的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》、JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》、JB/T4755-2006《銅制焊接容器》和JB/T4756-2006《鎳及鎳合金制焊接容器》已經(jīng)實(shí)施，《鋯制焊接容器》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不久也將頒布。至此，我國已經(jīng)初步形成了較為全面的、包括各種常用有色金屬材料在內(nèi)的壓力容器設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)體系。

1、 有色金屬設(shè)備市場(chǎng)份額逐步擴(kuò)大

我國有色金屬工業(yè)經(jīng)過五十多年的發(fā)展已經(jīng)形成了比較完整的產(chǎn)業(yè)體系。近十年來產(chǎn)量和規(guī)模發(fā)展迅速，躍居世界前列，成為世界有色金屬第一生產(chǎn)大國，除基本滿足國內(nèi)需求外，還實(shí)現(xiàn)了部分出口。國內(nèi)有色金屬的資源優(yōu)勢(shì)對(duì)于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的推動(dòng)作用越來越明顯。表1為我國金屬壓力容器行業(yè)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來化工、石油、冶金、輕工、電力等流程工業(yè)中，有色金屬材料制造的壓力容器比例不斷增大。

表2為各類金屬材料在壓力容器中的應(yīng)用情況。

化學(xué)工業(yè)應(yīng)用有色金屬材料的歷史十分悠久，傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)長(zhǎng)期用鉛、銅、鎳及合金作為耐腐蝕材料，上世紀(jì)70-80年代國內(nèi)為了解決鎳資源不足的問題，除發(fā)展鐵素體不銹鋼和雙相不銹鋼外，開始在制造業(yè)中推廣鋁合金材料，繼而大力提倡用鈦及鈦合金材料。上世紀(jì)90年代由于大型尿素、醋酸和對(duì)苯二甲酸等大型建設(shè)項(xiàng)目的需求，價(jià)格相對(duì)昂貴的鋯材開始在化工生產(chǎn)裝置中使用，有色金屬設(shè)備的制造因此成為化工裝備制造業(yè)的新熱點(diǎn)。近年來隨著節(jié)能減排和調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的深化，以及氟化工、氯堿化工、精細(xì)化工和生物化工等具有的較好成長(zhǎng)性，更為有色金屬設(shè)備的發(fā)展形成了極大的潛在市場(chǎng)。

我國氟化工經(jīng)過四十多年發(fā)展，初步形成了門類較為齊全的產(chǎn)業(yè)體系，具備了人才、技術(shù)、市場(chǎng)等優(yōu)勢(shì)，形成了開發(fā)和合作格局，給“十二五”期間氟化工發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。在氫氟酸市場(chǎng)需求的帶動(dòng)下，國際上對(duì)中國的資源競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)χ袊疃确a(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)。綜合考慮資源優(yōu)勢(shì)，加上成本與價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，未來中國的氟化工仍具有發(fā)展的良好空間。氟化氫是基礎(chǔ)氟化工產(chǎn)品，主要用于制冷劑、氟樹脂、氟化鹽、氟橡膠和含氟中間體及精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)。

近年我國氟化氫產(chǎn)能年均增長(zhǎng)達(dá)30％左右，目前引進(jìn)的國外先進(jìn)技術(shù)，如STAUFFER公司、BUSS公司、Atochem公司的技術(shù)也是各有其優(yōu)點(diǎn)。但從裝置運(yùn)行情況看，首先必須解決設(shè)備腐蝕問題，才能提高裝置開工率，降低原料單耗，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。由于采用的工藝路線不同，取得的效果大不相同。BUSS公司采用了較多的有色金屬材料，設(shè)備費(fèi)用相當(dāng)高。STAUFFER公司采用瑞士LIST公司生產(chǎn)的雙軸預(yù)反應(yīng)器，凈化設(shè)備中有色金屬材料較少，一次性設(shè)備投入較少，但維修更換的費(fèi)用較高。從整體發(fā)展趨勢(shì)看，有色金屬設(shè)備的應(yīng)用呈上升趨勢(shì)。

氟氯烴也是一個(gè)大量消耗有色金屬材料的產(chǎn)業(yè)。氟氯烴類化合物具有高揮發(fā)性、低反應(yīng)活性、無毒及不可燃等良好的化學(xué)和物理性質(zhì)，目前主要用于生產(chǎn)制冷設(shè)備的制冷劑，廣泛應(yīng)用于汽車、家電和工業(yè)制冷領(lǐng)域，也被推廣到醫(yī)療領(lǐng)域做汽霧劑，還可做生產(chǎn)隔熱材料中的發(fā)泡劑等。但后來人們發(fā)現(xiàn)氟氯烴及相關(guān)化合物，對(duì)大氣中的臭氧層有很大的破壞作用，各締約國于1987年簽訂了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》（簡(jiǎn)稱《蒙特利爾議定書》），對(duì)使用該類對(duì)臭氧層有破壞作用的物質(zhì)進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，并禁止使用。我國政府于1991年加入了修正后的《蒙特利爾議定書》。列入《議定書》附件的物質(zhì)中有20種中國均有生產(chǎn)和消費(fèi)。因此氟氯烴的淘汰和新型替代物的開發(fā)給中國石化工業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，目前已經(jīng)或正在商品化的氟利昂替代物有HFC-134a、HFC-32、HFC-125、HFC-143a、HFC-152、HFC-227、HFC-236及由它們復(fù)配的R-407C、R-404A、R-410A、R-507A等品種。碳?xì)浠衔镏评鋭┯蠷-290（丙烷）、R-600（丁烷）、R-600a（異丁烷）、環(huán)戊烷、二甲醚等。氟氯烴化合物生產(chǎn)過程中需要有色金屬材料比一般化工業(yè)高很多，在國內(nèi)項(xiàng)目建設(shè)高峰期甚至出現(xiàn)過導(dǎo)致全世界有色金屬材料價(jià)格上漲的情況。國內(nèi)正準(zhǔn)備大上的氯化法鈦白粉項(xiàng)目，將成為有色金屬設(shè)備市場(chǎng)的又一新熱點(diǎn)。據(jù)估算，我國國民經(jīng)濟(jì)如達(dá)到世界中等規(guī)模發(fā)展水平，對(duì)鈦白粉的需求量將達(dá)到520萬噸，目前距此數(shù)字還有近400萬噸的缺口。今后很長(zhǎng)一段時(shí)間，國內(nèi)鈦白粉的需求將有較大幅度增長(zhǎng)的潛力。近兩年來，國內(nèi)多家公司在籌備上馬氯化法鈦白粉項(xiàng)目，國家在政策上已明顯向氯化法鈦白粉項(xiàng)目?jī)A斜，這為更多的氯化法鈦白粉項(xiàng)目的啟動(dòng)提供了宏觀保障。未來3～5年內(nèi)氯化法鈦白粉的總產(chǎn)能有望增加到10萬噸/年以上。幾年后，國內(nèi)氯化法鈦白粉產(chǎn)能很有可能超過硫酸法鈦白粉產(chǎn)能而占據(jù)主導(dǎo)地位，因此將出現(xiàn)一個(gè)高檔有色金屬裝備消費(fèi)熱潮。

2、 鋯及鋯合金加工技術(shù)發(fā)展概況

鋯屬于高熔點(diǎn)稀有貴金屬，鋯及其合金在現(xiàn)代石化工業(yè)和核工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。在大多數(shù)有機(jī)酸、無機(jī)酸、強(qiáng)堿和一些熔融態(tài)的鹽中均具有優(yōu)良的耐蝕性，尤其是在還原性強(qiáng)的酸性介質(zhì)中的優(yōu)異耐蝕性更加突出。因此鋯適宜作為有特殊耐腐蝕要求的壓力容器用材，特別是隨著材料科學(xué)和設(shè)備制造技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)驗(yàn)及使用實(shí)例已證明，鋯在大多數(shù)有機(jī)酸環(huán)境中是最好的耐腐蝕材料。鋯在大多數(shù)涉及甲酸、醋酸、羥基乙酸、乳酸、甲基丙烯酸、尿素、異丁烯甲酯、人造纖維、多種醇類、酚醛樹脂等有機(jī)材料的生產(chǎn)中起到了關(guān)鍵作用，還有許多接觸鹽酸、硫酸等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的容器也常采用鋯材。近年來國內(nèi)每年鋯制壓力容器的產(chǎn)量達(dá)數(shù)百噸，已有相當(dāng)多的企業(yè)制造和使用鋯制壓力容器。國外金屬制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)有鋼、鋁、銅、鎳、鈦、鋯等6種，我國前5種材料的壓力容器已有國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前正在編制鋯制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。上述6種材料中，鋯材具有特別優(yōu)異的耐腐蝕性能，且價(jià)格最高，設(shè)計(jì)制造技術(shù)要求最嚴(yán)。我國鋯制壓力容器用的鋯材長(zhǎng)期以來依靠進(jìn)口，美國某公司工業(yè)級(jí)鋯材的一半以上供應(yīng)中國，因而國內(nèi)制造中的相關(guān)規(guī)范受美國的影響很大，主要來自美國ASME。目前收錄在ASTM中的鋯材共有5個(gè)等級(jí)，牌號(hào)為R60700、R60702、R60704、R60705和R60706。其中R60702具有良好的綜合理化性能，成為最常用的壓力容器用材。鋯的化學(xué)活性很強(qiáng)，易與空氣中的氮、氧等發(fā)生反應(yīng)，形成脆性化合物。脆性化合物導(dǎo)致焊接接頭的塑性顯著降低，強(qiáng)度增高，并使焊接接頭耐高溫、高壓及抗腐蝕性能下降。因此焊前必須嚴(yán)格清理，焊接時(shí)要嚴(yán)格控制溫度，并做好冷卻和保護(hù)，采用高純度的氬氣保護(hù)焊縫金屬和熱影響區(qū)。鋯材的焊接性能是由其特殊的理化性能決定的。鋯的熱導(dǎo)率較小，導(dǎo)熱性較差，導(dǎo)致焊接熔池中積累的熱量多，熔池尺寸較大。當(dāng)焊縫在高溫區(qū)停留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，焊縫金屬和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)晶粒易長(zhǎng)大，造成焊接接頭塑性、韌性降低。為避免焊接區(qū)長(zhǎng)時(shí)間高溫停留造成不利影響，應(yīng)選用小的焊接參數(shù)。鋯焊接時(shí)容易產(chǎn)生氣孔，原因主要是：氬氣、母材、焊絲中的H 2 ，O 2 ，H 2 O的含量較高會(huì)使焊縫氣孔明顯增加，以及鋯及其合金坡口附近和焊絲表面常受到外部雜質(zhì)的污染（水、油脂、氧化物、塵埃等），這些雜質(zhì)如清除不徹底，會(huì)導(dǎo)致焊接接頭中產(chǎn)生氣孔和裂紋。鋯不能與其它金屬進(jìn)行熔焊，這是由于純鋯的熔點(diǎn)(1845℃)比許多金屬要高，而且容易形成脆性的金屬間化合物，導(dǎo)致焊縫脆化。鋯與其它金屬連接時(shí)，只能采用釬焊、粘接、爆炸焊接和螺栓連接。對(duì)接接頭根據(jù)板厚一般選用V形或X形坡口形式。鋯接管與法蘭鋯密封環(huán)的連接坡口必須進(jìn)行嚴(yán)格的清理，杜絕雜質(zhì)污染。在焊口組焊對(duì)前用丙酮等溶劑清除坡口兩側(cè)各75 mm范圍內(nèi)的水和污物，再用不銹鋼刷或細(xì)銼刀等工具去除距焊縫至少25 mm范圍內(nèi)的氧化物。焊絲使用前必須用丙酮或酒精去除表面的油脂等雜物，嚴(yán)禁使用四氯化碳類氯化烴作為脫脂溶劑，清潔后取放焊絲須戴潔凈手套。清理后30 min內(nèi)必須用完，否則應(yīng)重新進(jìn)行清理。

整個(gè)焊接過程的氣體保護(hù)狀況決定焊接質(zhì)量的優(yōu)劣。焊縫及其兩側(cè)熱影響區(qū)的保護(hù)，主要依靠焊槍保護(hù)氣及附在焊槍后面的尾部拖罩來實(shí)現(xiàn)，拖罩應(yīng)根據(jù)壁厚制作成不同長(zhǎng)度，隨著壁厚的增大，拖罩相應(yīng)加長(zhǎng)加寬，焊縫背面的保護(hù)采取兩側(cè)封堵通氬氣保護(hù)。保護(hù)氣體采用純度大于99.999%，露點(diǎn)低于-50℃的高純氬。焊槍、尾部拖罩和背面保護(hù)罩應(yīng)提前通氣，時(shí)間為焊接不銹鋼的5～10倍，以排除氣管內(nèi)和拖罩內(nèi)的空氣，徹底置換背面保護(hù)區(qū)內(nèi)的空氣。焊后要采用滯后停氣，保證熄弧處焊縫及其周圍母材溫度降至300℃以下。整個(gè)過程必須確保焊絲也在保護(hù)氣氛中。焊接熱輸入應(yīng)注意控制，在保證熔合的前提下，盡量用小熱量輸入焊接，而鋯散熱速度較慢，需要靠氬氣使其快速冷卻降溫，焊接時(shí)宜采用小電流、慢焊速。其中道間溫度高，焊縫、熱影響區(qū)在高溫停留時(shí)間增加，冷卻速度慢，使室溫下的晶粒度增大。為了得到較細(xì)的晶粒，道間溫度一般控制在120℃以下。焊接時(shí)，為得到性能優(yōu)異的焊接接頭，溫度應(yīng)控制在100℃以下。焊接一層后，道間溫度應(yīng)控制在60℃以內(nèi)，每道焊前要檢查前一道焊縫表面，若有污染或氧化現(xiàn)象，應(yīng)清理干凈后才能進(jìn)行下一層焊接。另外，當(dāng)室內(nèi)溫度較低時(shí)，材料在焊接前必須進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度在20℃左右。焊后焊縫表面顏色應(yīng)為銀白色和淺黃色，焊縫表面顏色檢驗(yàn)合格。焊接對(duì)接焊縫和角接焊縫按照?qǐng)D樣或工藝文件規(guī)定的方法和要求進(jìn)行無損檢測(cè)，結(jié)果均應(yīng)符合要求。焊后對(duì)容器進(jìn)行水壓試驗(yàn)或必要的氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)合格。正確的焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)和焊接保護(hù)措施，對(duì)保證鋯容器焊接接頭性能符合設(shè)計(jì)及使用要求至關(guān)重要。我國的鋯工業(yè)在加工技術(shù)和檢測(cè)方面總體上已接近世界先進(jìn)水平，生產(chǎn)能力也基本能夠滿足當(dāng)前的需求。但是我國鋯工業(yè)的原料—海綿鋯還沒有工業(yè)化的自主生產(chǎn)能力，已成為制約我國鋯工業(yè)發(fā)展的主要瓶頸之一。有關(guān)部門正在對(duì)鋯材生產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和管理，以建立鋯原料生產(chǎn)基地，完善整個(gè)鋯工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈條。

3、 鈦及鈦合金加工技術(shù)發(fā)展概況

我國研制的鈦合金有近50種，已列入國家標(biāo)準(zhǔn)的鈦及鈦合金牌號(hào)有40余種。上世紀(jì)80年代以來，我國鈦合金開始進(jìn)入由純仿制到獨(dú)立研究與仿制相結(jié)合的階段。鈦及合金在酸、堿及鹽類介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性，同時(shí)還具有重量輕、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，因而在化工、石油、冶金、電力、海洋工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。雖然鈦材成本比一般材料要高，但從壽命周期、強(qiáng)度、環(huán)境影響等方面綜合分析，使用鈦材可以獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。鈦的密度小，約為銅的50%和18-8系列不銹鋼的57%，因此制造同樣尺寸的設(shè)備，使用鈦比使用鋼、銅減少一半的重量。鈦的比強(qiáng)度比不銹鋼等材料高，因而又可以減輕一些重量。

鈦設(shè)備的使用壽命比使用傳統(tǒng)材料如鋼、銅、鉛等的使用壽命長(zhǎng)。此外，使用鈦設(shè)備還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備維修費(fèi)用，改善勞動(dòng)條件。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鈦設(shè)備的應(yīng)用也越來越廣泛。鈦設(shè)備的設(shè)計(jì)分為以下幾類：一是壓力容器設(shè)備，如某些化工應(yīng)用的蒸發(fā)器、反應(yīng)器等；二是常壓設(shè)備，如鈦制列管式換熱器、各種鈦容器等；三是通用機(jī)械設(shè)備，如鈦風(fēng)機(jī)、鈦閥門、鈦接頭等；四是特殊或?qū)Ｓ脳l件下的鈦設(shè)備和零部件，如醫(yī)療用的鈦關(guān)節(jié)、鈦骨頭等。目前許多鈦設(shè)備為壓力容器，它不但要求材料具有優(yōu)異的耐蝕性，而且還要求具有較高的綜合力學(xué)性能及良好的焊接性能。目前國內(nèi)外用于制造壓力容器的鈦牌號(hào)很多，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷增加，新的耐蝕、耐熱高強(qiáng)度鈦合金也在不斷地研發(fā)之中。鈦及鈦合金的焊接方法很多，如鎢極氬弧焊（GTAW）、熔化極氬弧焊（GMAW）、等離子弧焊（PAW）、電子束焊（EBW）等。近年來，為滿足現(xiàn)代焊接產(chǎn)品高功率、高精度、高可靠性和高效率的需求，各種新型焊接技術(shù)不斷出現(xiàn)。

高能束流焊接技術(shù)就是其中最有發(fā)展?jié)摿Φ暮附蛹夹g(shù)之一，它包括電子束焊、激光焊、復(fù)合束流焊接等方法，具有焊接速度快、焊縫質(zhì)量高及節(jié)能高效等許多優(yōu)點(diǎn)，國外已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、核工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域。我國鈦設(shè)備制造中存在的主要問題：一是鈦設(shè)備制造自動(dòng)化水平不高。我國鈦設(shè)備制造技術(shù)與發(fā)達(dá)國家間的重大差距在自動(dòng)化程度上，國內(nèi)鈦設(shè)備專業(yè)廠的數(shù)控冷切割、數(shù)控焊接、數(shù)控鉆削等自動(dòng)化裝備還不能滿足專業(yè)化和大型化的要求。二是鈦設(shè)備焊接水平落后。近年來國外焊接技術(shù)發(fā)展很快，新型焊接設(shè)備、焊接技術(shù)不斷涌現(xiàn)。設(shè)備的焊縫質(zhì)量及勞動(dòng)生產(chǎn)率大幅度提高。我國鈦設(shè)備制造業(yè)在這方面明顯不足，應(yīng)加快開發(fā)和應(yīng)用新型焊接設(shè)備，縮小與發(fā)達(dá)國家的差距。三是鈦設(shè)備制造業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境較差。鈦是一種活性金屬，容易受到鐵離子、灰塵及其它污染物的污染。鈦設(shè)備的生產(chǎn)要在潔凈廠房?jī)?nèi)進(jìn)行。我國鈦設(shè)備制造業(yè)雖然有了相對(duì)隔離的潔凈廠房，但廠房?jī)?nèi)的清潔程度、鐵污染的控制、專門成形設(shè)備和工裝卡具、吊具等方面與國外廠家仍存在差距。四是鈦設(shè)備產(chǎn)品系列化標(biāo)準(zhǔn)欠缺。目前國內(nèi)許多企業(yè)用戶在選擇鈦設(shè)備時(shí)，往往顧慮鈦設(shè)備的一次性投資較高，因而與國外企業(yè)相比，選用鈦材較少。國內(nèi)鈦設(shè)備制造業(yè)應(yīng)大力宣傳、推廣鈦設(shè)備的應(yīng)用，開發(fā)市場(chǎng)、推廣技術(shù)、擴(kuò)大應(yīng)用。我國鈦制壓力容器、換熱器、泵、閥、風(fēng)機(jī)等已廣泛應(yīng)用，但未形成專門的產(chǎn)品系列。應(yīng)針對(duì)市場(chǎng)需求，加強(qiáng)鈦產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化工作，向社會(huì)提供各種系列的鈦產(chǎn)品。

4、 鎳及鎳合金加工技術(shù)發(fā)展概況

鎳合金主要由銅、鉻、鉬等合金元素構(gòu)成。

鎳合金具有良好的綜合性能，可耐各種酸腐蝕和應(yīng)力腐蝕。最早應(yīng)用的是鎳銅合金，又稱蒙乃爾合金；既能抵抗大氣、蒸汽和水的腐蝕，又能耐酸、堿、鹽的腐蝕，廣泛應(yīng)用于石化、化工、冶金、建筑和輕工等行業(yè)，制作石油化工、紡織、輕工、核能等工業(yè)中要求焊接的容器、塔、槽、管道等；尿素生產(chǎn)中的合成塔、洗滌塔、冷凝塔、汽提塔等耐蝕高壓設(shè)備。此外還有鎳鉻合金、鎳鉬合金、鎳鉻鉬合金等，用于制造各種耐腐蝕零部件和承壓設(shè)備。目前國內(nèi)化工生產(chǎn)裝置中大量使用各種鎳及鎳合金材料，第一種是純鎳（合金200系列），對(duì)范圍很廣的還原性酸和鹽有非常好的抗蝕性，但不適合用于強(qiáng)氧化性的條件，如硝酸。純鎳最顯著的特性是不耐強(qiáng)堿的腐蝕，特別是強(qiáng)堿處于熔融狀態(tài)時(shí)。雖然對(duì)于干燥鹵素環(huán)境的耐蝕性很突出，但是鎳不適宜在水的露點(diǎn)以下的環(huán)境。第二種是鎳-銅合金（合金400系列），其耐蝕性與純鎳一樣，具有非常好的耐鹵素酸和鹵素化合物腐蝕的性能，特別耐氫氟酸和富含氟或氟化氫的高溫氣體的腐蝕，廣泛應(yīng)用于處理硫酸溶液、海水和鹽水。第三種是鎳-鉻合金（合金600系列），對(duì)有機(jī)酸的耐蝕性好，廣泛用于脂肪酸的加工中，也用于強(qiáng)堿性化學(xué)劑的加工和生產(chǎn)中，同時(shí)還是一種高溫應(yīng)用中兼有耐熱和耐蝕性能的極好材料。該合金在高溫鹵素環(huán)境下優(yōu)良的使用性能，使它成為有機(jī)氯化物加工中最佳的材料選擇。第四種是鎳-鉻-鐵合金（合金800系列 ），由于該合金含有30%左右的鐵，又被列入超級(jí)奧氏體不銹鋼系列。主要用于含硫和含磷的各種用途。第五種是鎳-鉻-鐵-鉬合金（ G系列合金），這種合金特別耐硫酸和不純凈磷酸的腐蝕，能夠承受還原性和氧化性兩種環(huán)境條件的侵蝕。最近開發(fā)的合金G-30焊接性能更好，全面提升了耐腐蝕能力，特別是對(duì)焊縫熱影響區(qū)的耐蝕能力。第六種是鎳-鉻-鉬合金（ C系列合金），具有非常突出的耐各種酸、酸式鹽和在化學(xué)處理中遇到的其它各種侵蝕性物質(zhì)的腐蝕。最具代表性的合金 C-276 適用于像有水分的氯化物和次氯酸鹽這樣惡劣的環(huán)境。第七種是鎳-鉬合金（B系列合金），在還原條件下具有突出的耐硫酸、磷酸和鹽酸能力，特別適用于加工任何濃度和一直到沸點(diǎn)溫度的鹽酸的設(shè)備。

我國鎳合金焊接技術(shù)與國外相比，主要表現(xiàn)為執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)落后。高鉻鎳鋼及高鉻錳氮鋼奧氏體不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的鎳合金，由于其在高溫、極低溫度(-196℃)下均具有優(yōu)良的塑韌性、冷熱加工性能和耐腐蝕性能，在石油和化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，用于加工制造壓力容器出現(xiàn)的問題也最多，主要有焊接接頭的刀狀腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂問題、含鎳較高的單相奧氏體鋼接頭熱裂問題、有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)接頭熱強(qiáng)性和再熱裂紋問題。我國鎳合金焊接技術(shù)與國外相比存在的差距，主要表現(xiàn)在焊接設(shè)備(國內(nèi)目前無一家具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備生產(chǎn)廠家，高端焊機(jī)完全依賴進(jìn)口，中低端焊機(jī)生產(chǎn)廠家競(jìng)爭(zhēng)激烈，在技術(shù)研發(fā)方面投入少)、焊接工藝(大部分焊接工程技術(shù)人員及焊工不熟悉高級(jí)不銹鋼的焊接)、焊接材料(焊材研發(fā)能力弱，優(yōu)質(zhì)焊材主要靠進(jìn)口)等方面。鎳合金可采用各種熔焊方法，其中使用最多的是焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊，以機(jī)械化快速焊為好。

焊接過程中必須考慮產(chǎn)生較大變形的傾向，焊接時(shí)應(yīng)遵循以下原則：一是焊接接頭的坡口形式應(yīng)盡可能選擇U形、X形、雙U形等，以減少焊縫金屬的填充量，降低焊縫的收縮應(yīng)力，防止熱裂紋的產(chǎn)生。即使焊薄板的時(shí)候也要開坡口。二是盡可能地采用固定夾具，尤其是焊薄板時(shí)，避免角焊縫。三是先從中間開始焊而后向兩邊焊或采用分段退焊技術(shù)。四是由于焊絲的電阻率大、導(dǎo)熱系數(shù)小，熔化系數(shù)大，焊絲伸出長(zhǎng)度要短一些。

五是盡量采用短弧焊并不做擺動(dòng)，以防止合金元素不必要的燒損。六是為了防止焊縫中產(chǎn)生氣孔，應(yīng)盡量限制氣體來源并改善氣體逸出條件。鎳合金導(dǎo)熱系數(shù)小、電阻率大，焊接時(shí)母材和焊材都容易被加熱和熔化，故選擇焊接電流較小的短弧快速焊，盡量采用窄焊道和窄焊縫，減少高溫停留時(shí)間。一般情況下焊接時(shí)不需要預(yù)熱，但焊縫鐵素體很少或根本沒有鐵素體時(shí)奧氏體焊縫可能產(chǎn)生熱裂紋。這種情況下預(yù)熱是必要的。為了防止和消除焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂，有必要進(jìn)行焊后熱處理。常規(guī)碳含量鎳合金產(chǎn)品需要進(jìn)行固溶處理，含穩(wěn)定化元素的和超低碳的鎳合金產(chǎn)品需進(jìn)行穩(wěn)定化和消除應(yīng)力熱處理。

5、 多層金屬復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展概況

我國的復(fù)合板研制起始于上世紀(jì)60年代初，大板幅、高加工質(zhì)量的雙層或多層金屬板的復(fù)合在國內(nèi)仍處于起步階段。總體上與國外先進(jìn)技術(shù)相比仍存在不少差距，但在某些方面已經(jīng)與國外水平相當(dāng)，如不銹鋼復(fù)合板爆炸焊接結(jié)合率、脆性材料的復(fù)合、熱處理工藝制度及焊接工藝的確定等。目前金屬復(fù)合板的生產(chǎn)方法主要是固-固相復(fù)合法，其中包括爆炸復(fù)合法、擠壓復(fù)合法、軋制復(fù)合法、擴(kuò)散焊接法等。爆炸焊接復(fù)合法是利用炸藥的高速引爆和沖擊作用，在十分短暫的過程中使被焊接金屬表面形成一層薄的塑性變形區(qū)，并熔化和微擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)金屬間的焊接，是集壓力焊、熔化焊和擴(kuò)散焊三位于一體的焊接方法，也是將炸藥的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能使金屬材料連接的一種有效方法。該方法特征是結(jié)合界面呈鋸齒形波浪狀，按雙（多）金屬放置方法的不同，又分為平行法和角度法兩種。該加工技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：一是可使熔點(diǎn)、強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)等性能差異極為懸殊的金屬實(shí)現(xiàn)復(fù)合，如：鋁/銅、鉛/鋼等。二是該法是在瞬間完成，所以其復(fù)合界面幾乎沒有擴(kuò)散或者僅有程度很小(10μm量級(jí))的擴(kuò)散，因而可避免脆性金屬間化合物的生成，實(shí)現(xiàn)諸如鈦/鋼、鋁/鋼、鉭/鋼等金屬的復(fù)合。

三是可實(shí)現(xiàn)異形件的復(fù)合，可對(duì)金屬管材進(jìn)行外包與內(nèi)包復(fù)合，還可進(jìn)行一次多層復(fù)合等。缺點(diǎn)是由于射流的作用使結(jié)合界面呈波浪狀形，同時(shí)由于炸藥的存放、爆炸地點(diǎn)的選擇、噪音及沖擊波的處理、人身安全保障及環(huán)境破壞影響等一系列問題而使該法不易被推廣使用。爆炸復(fù)合理論在國內(nèi)外多學(xué)科研究人員的努力下，已取得了比較完整的發(fā)展，但有些內(nèi)容如界面結(jié)合層的冶金結(jié)構(gòu)、界面層內(nèi)結(jié)合時(shí)效行為及力學(xué)行為、界面同相反應(yīng)以及覆層厚度、多層金屬復(fù)合等仍是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，尚在不斷探索研究之中。

我國壓力容器制造企業(yè)使用的復(fù)合板95%以上都是國內(nèi)專業(yè)復(fù)合板加工廠家采用爆炸焊接復(fù)合方法生產(chǎn)的。

有色金屬復(fù)合板在加工制造中應(yīng)注意的問題。一是有色金屬復(fù)合板切割可采用剪切、等離子切割、氣割、水切割及機(jī)械方法加工等，若采用等離子切割或氣割需留出熱影響區(qū)機(jī)加工余量。復(fù)合板的切割須從覆層往基層割，避免覆層表面受到切割時(shí)產(chǎn)生的氧化渣及飛濺造成污染。二是焊接接頭的坡口加工應(yīng)采用機(jī)械方法加工。三是換熱器復(fù)合管板的鉆孔須從覆層往基層鉆，避免復(fù)合板分層。有色金屬復(fù)合板筒體卷制之前，覆層表面需采取保護(hù)措施，使其不受污染，卷板機(jī)上、下輥表面應(yīng)清理干凈，卷制時(shí)不能反復(fù)碾壓，防止復(fù)合板分層。有色金屬復(fù)合板封頭一般采用熱成形，對(duì)于鈦鋼、鋯鈦鋼復(fù)合板覆層表面及加熱爐內(nèi)應(yīng)采取防氧化和防污染的措施。對(duì)于鎳基合金及不銹鋼復(fù)合板熱處理時(shí)應(yīng)重視控制熱處理制度，避免造成覆層出現(xiàn)晶間腐蝕傾向，而影響耐腐蝕性。四是焊前準(zhǔn)備及施焊環(huán)境，鈦鋼、鋯鈦鋼復(fù)合板焊接前需將坡口兩側(cè)的覆層去除，便于基層之間的焊接，剔除覆層時(shí)不能傷及基層。焊前坡口及兩側(cè)必須進(jìn)行嚴(yán)格的清潔處理。嚴(yán)禁用鐵器敲打有色金屬表面及坡口。

有色金屬復(fù)合板的焊接場(chǎng)地應(yīng)為獨(dú)立區(qū)域，焊接應(yīng)在空氣潔凈的環(huán)境中進(jìn)行，并遠(yuǎn)離通風(fēng)口及敞開的門窗。五是焊接控制，焊接時(shí)需控制焊接電流和熱輸入量，避免造成基板與覆板之間分層。六是密封檢漏，貼條焊接及檢漏嘴設(shè)置，鈦鋼、鋯鈦鋼復(fù)合板需在基板拼接接頭部位貼上與覆層相同材質(zhì)的密封貼條。焊接時(shí)需用氣體保護(hù)。考慮到若貼條部位出現(xiàn)泄漏，物料進(jìn)入基層，造成基板腐蝕，需在基板拼接焊縫部位鉆檢漏孔，安裝檢漏嘴。檢漏嘴一般每道焊縫設(shè)置兩個(gè)，制作時(shí)需將每道焊縫之間隔開，使物料一旦出現(xiàn)泄漏就可知道是哪道焊縫的貼條出現(xiàn)泄漏，便于快速檢測(cè)。七是過渡層焊接，鎳基合金復(fù)合板焊接，一般無需將覆層剔除，焊接時(shí)先焊基層再焊過渡層，最后焊接耐腐蝕層。否則焊后極易出現(xiàn)焊縫裂紋。

6 、有色金屬設(shè)備加工技術(shù)發(fā)展方向

近年來，國內(nèi)有色金屬設(shè)備加工制造業(yè)在新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用開發(fā)上取得了較為顯著的成就，重點(diǎn)解決了石化、化工、醫(yī)藥、冶金、制鹽、制堿和環(huán)保等行業(yè)的一批關(guān)鍵設(shè)備，如55m 3帶攪拌的四層爆炸復(fù)合材料鉭／鋯／鈦／鋼氯化反應(yīng)釜、60萬噸/年低壓羰基合成醋酸裝置鋯鋼復(fù)合板反應(yīng)器、大型鋯塔及鋯換熱器、多通道鈦、鎳合金螺旋板換熱器，100萬噸/年P(guān)TA鈦材氧化反應(yīng)器、結(jié)晶器、冷凝器以及真空制鹽、離子膜燒堿、聚氨酯、甲烷氯化物、氟化鹽、高效低毒農(nóng)藥、濕法冶金等成套有色金屬設(shè)備。其中南京斯邁柯特種金屬裝備股份有限公司從2005年以來累計(jì)生產(chǎn)了80余臺(tái)鋯及鋯復(fù)合材料系列產(chǎn)品和數(shù)百臺(tái)鎳基合金材料特種設(shè)備，包括國內(nèi)第一臺(tái)55m 3 鉭／鋯／鈦／鋼四層爆炸復(fù)合板攪拌反應(yīng)釜，國內(nèi)第一套哈氏合金B(yǎng)-3和C-22材料的有機(jī)硅萃取塔，國內(nèi)第一臺(tái)出口德國的鋯/鋼復(fù)合板塔式反應(yīng)器，國產(chǎn)化單臺(tái)最大規(guī)格的Zr702和C-276塔器等。該公司連續(xù)五年在國內(nèi)同行業(yè)中保持鋯設(shè)備全國銷量第一，并與國內(nèi)一批高等院校和科研設(shè)計(jì)單位密切合作，針對(duì)各類化工裝置中采用的鋯材特性和加工方法，進(jìn)行了大量深入的試驗(yàn)研究，取得了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。如在鋯設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)、鋯及鋯復(fù)合材料封頭壓制成型、鋯/鉭（鈦）焊接可靠性研究及特性檢驗(yàn)、鋯/鋼復(fù)合板熱處理、鋯材表面預(yù)氧化處理、鋯/鋼復(fù)合板設(shè)備接管襯里雙層防泄漏保護(hù)等方面均取得突破性進(jìn)展。

該公司制定了鋯設(shè)備制造企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并獲得了多項(xiàng)技術(shù)專利，一定程度上具備了鋯及鋯復(fù)合材料大型設(shè)備的核心制造技術(shù)。該公司同時(shí)還掌握了鎳基合金材料特別是哈氏合金B(yǎng)3、C276、C22、C2000、C59、G3等材料的關(guān)鍵加工技術(shù)，已在國內(nèi)和國際市場(chǎng)上取得一定的知名度和領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然也應(yīng)當(dāng)看到，盡管有色金屬設(shè)備制造在國內(nèi)壓力容器制造業(yè)中有較好的成長(zhǎng)性，但由于國際金融危機(jī)的影響，國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的裝備市場(chǎng)尚在恢復(fù)之中，2010年上半年雖然訂貨有較大幅度增長(zhǎng)，但石化行業(yè)產(chǎn)能過剩的大格局沒有變。部分行業(yè)的初級(jí)產(chǎn)品產(chǎn)能過剩、精細(xì)化工產(chǎn)能不足的矛盾日益凸顯。未來一段時(shí)間內(nèi)國內(nèi)有色金屬特種設(shè)備的市場(chǎng)需求，還會(huì)出現(xiàn)一定程度的起伏，但隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展步入常態(tài)，能夠預(yù)見到的發(fā)展趨勢(shì)還是十分可喜的。

中國已經(jīng)成為世界制造大國，有色金屬設(shè)備加工作為成長(zhǎng)性較好的業(yè)務(wù)，應(yīng)將率先進(jìn)入國際市場(chǎng)定位為未來若干年的發(fā)展方向。當(dāng)今世界任何一個(gè)地域的建設(shè)項(xiàng)目都可能涉及到全球采購，越來越多的人把目光聚焦在中國。以石油和化工行業(yè)為例，近幾年國際排名領(lǐng)先的跨國公司陸續(xù)在中國開展了大規(guī)模的投資項(xiàng)目，并選擇在中國當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)采購設(shè)備，這恰恰證實(shí)了歐美國家直接向中國采購壓力容器是大勢(shì)所趨。相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國家，中國充足的勞動(dòng)力和相對(duì)低廉的價(jià)格，可以給采購商更多的經(jīng)濟(jì)上的實(shí)惠，尤其是壓力容器這種勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)更為明顯。有色金屬特種設(shè)備在生產(chǎn)過程中，高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量控制和進(jìn)度控制是必須的，外國跨國公司，其運(yùn)營(yíng)目標(biāo)包括降低采購成本，也包括保持設(shè)備一貫的高質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)高可用性并符合歐美地區(qū)的法律及實(shí)現(xiàn)最大化的停車檢驗(yàn)周期。這些目標(biāo)覆蓋了采購、制造、檢驗(yàn)、認(rèn)證、使用維護(hù)等設(shè)備的整個(gè)生命周期，該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要用戶、制造廠以及檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)一致。在歐盟市場(chǎng)上，所有壓力容器應(yīng)當(dāng)符合承壓設(shè)備指令PED 97/23/EC。在德國，除了要符合這一指令外，選擇正確的標(biāo)準(zhǔn)來滿足PED中的基本安全要求(ESR)也是至關(guān)重要的。中國大量的國際項(xiàng)目都采用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。ASME已經(jīng)作為壓力容器設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)的基本標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行多年，但是ASME標(biāo)準(zhǔn)并不能滿足PED中所有的基本安全要求，往往要通過另外的技術(shù)要求，來彌補(bǔ)其中的差別。而對(duì)于化工行業(yè)中的第三、第四類壓力容器，通常要根據(jù)PED G模式來進(jìn)行合格評(píng)估。選擇合適的制造廠商是相當(dāng)重要的，其中一個(gè)關(guān)鍵的要求便是ASME U（U2）鋼印資質(zhì)獲得與否。

目前中國大約有420家已經(jīng)擁有了這項(xiàng)資質(zhì)，其中200多家分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的江浙滬地區(qū)，這些廠家的集中分布為檢驗(yàn)認(rèn)證提供了很大的便利。作為合格的制造廠商，具備使用PED規(guī)范以及豐富的類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，還應(yīng)有出色的現(xiàn)場(chǎng)考核表現(xiàn)，這包括了對(duì)其分包商的現(xiàn)場(chǎng)考核，例如封頭，膨脹節(jié)等。因此國內(nèi)有色金屬加工制造企業(yè)要制定詳盡的進(jìn)入國際市場(chǎng)的計(jì)劃，計(jì)劃以 PED和ASME標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)詳細(xì)描述所采購設(shè)備每一個(gè)細(xì)節(jié)的質(zhì)量要求，主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)、材料、生產(chǎn)、檢驗(yàn)與質(zhì)量保證、文件管理等所有部分。

7、 結(jié)束語

有色金屬特種設(shè)備的發(fā)展，與石化生產(chǎn)中需要處理大量腐蝕性介質(zhì)的需求是緊密關(guān)聯(lián)的。

早期的石化生產(chǎn)過程中，鉛、銅、鋁等有色金屬或合金使用較多，隨著石化生產(chǎn)工藝技術(shù)的革新，工藝參數(shù)的強(qiáng)化，現(xiàn)代石化工業(yè)面臨著腐蝕性越來越強(qiáng)的生產(chǎn)環(huán)境。以鎳合金、鈦合金、鋯合金為代表的貴金屬材料逐步推廣并獲得大面積應(yīng)用，特別是近年來隨著我國逐漸成為氟化工和煤化工生產(chǎn)大國，以及低碳經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排帶來的擴(kuò)建改造的需求，石化生產(chǎn)中大量采用過程強(qiáng)化技術(shù)，超高溫、超低溫或強(qiáng)腐蝕下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和前后處理的工況越來越多，預(yù)計(jì)今后一段時(shí)期，國內(nèi)石油和化工裝備市場(chǎng)將會(huì)出現(xiàn)普通不銹鋼和低碳鋼材料需求下降，高強(qiáng)度低合金鋼和有色金屬材料需求上升的局面。國際市場(chǎng)的需求走勢(shì)也與國內(nèi)大體相同，以中東地區(qū)為代表的石油化工裝置還在延續(xù)向大型化發(fā)展的趨勢(shì)，潔凈煤氣化和生物化學(xué)制藥等新型石化生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)，使石化生產(chǎn)過程中超高溫或超低溫極端工況越來越多。在未來若干年內(nèi)，從事有色金屬設(shè)備加工制造的企業(yè)，市場(chǎng)機(jī)會(huì)將越來越多。

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收稿日期：2010-08-11；修回日期：2010-11-02

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