壓力容器常用材料的基本知識

1、壓力容器常用材料的基本知識1、壓力容器用 鋼板 選用時(shí)應(yīng)考慮： 設(shè)計(jì)壓力； 設(shè)計(jì)溫度； 介質(zhì)特性； 容器類別 。2、從材料力學(xué)性能來說， 升溫等效于升壓 ，降溫將導(dǎo)致鋼材的 脆性增加 。3、對同一種材料來說， 隨溫度和板厚的增加 ，其許用應(yīng)力 則降低 。因而當(dāng)容器 殼體的名義厚度處于鋼板許用應(yīng)力變化的臨界值時(shí)，應(yīng)考慮此問題。如處于 16mm的Q235-B、Q235-C和16mm、36mm的Q345R都會發(fā)生許用應(yīng)力 跳檔現(xiàn)象。4、鋼材的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)可通過 拉伸試驗(yàn) 和冷彎試驗(yàn) （室溫下進(jìn)行）獲得。5、板材供貨時(shí) 薄板以熱軋狀態(tài)供貨，厚板以正火狀態(tài)供貨（因強(qiáng)度和韌性下降） 。6、壓力容器用鋼板

2、當(dāng)達(dá)到一定的 厚度時(shí)，應(yīng)在正火狀態(tài) 下使用，即使用 正火板， 如用于殼體厚度30mm的Q345R鋼板必須要求正火狀態(tài)下供貨和使用。 需注意： 正火僅對板材而言，而非整體設(shè)備 。（熱軋板呈鐵紅色，正火板呈鐵 青色）。7、壓力容器用鋼與鍋爐用鋼類同，首先要保證足夠的強(qiáng)度，還要有足夠的塑性， 質(zhì)地均勻等。因此，必須選用雜質(zhì)（S、P）和有害氣體含量較低的碳素鋼和低 合金鋼，均為鎮(zhèn)靜鋼。且為保證受壓元件材料的焊接性能 ,一般須控制材料的 含碳量0.25%。材料的含碳量升高，則其沖擊韌性下降，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高， 在焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。8、低合金鋼的機(jī)械性能、耐腐蝕性、耐熱性、耐磨性等均比碳素鋼有所提高，

3、其中最常用的是：Q345R。它不僅S、P含量控制較嚴(yán)，更重要的是要求保 證足夠的 沖擊韌性 ，在材料驗(yàn)收方面也比較嚴(yán)格。 因此其使用壓力不受限制 ， 使用溫度上限為475 °C,下限為-20 C。板厚為3 200mm。是應(yīng)用很廣的材 料。9、Q345R（GB713-2008，代替原 16MnR）的使用說明： 、 Q345R 的適用范圍是：使用 壓力不限、使用溫度為 -20475C。 、Q345R用作壓力容器殼體的板厚30mm時(shí)，則容器需焊后作退火熱 處理，熱處理的溫度為600650 C；若焊前預(yù)熱至100 C,則板厚可提高 至 34mm 。 、 Q345R 鋼板一般是以 熱軋狀態(tài) 供

4、貨；當(dāng)板厚 30mm 時(shí)，為保證塑性和 韌性，一般采用正火板，且逐張鋼板應(yīng)超聲波檢測，皿級合格。 、 Q345R 用作法蘭、 平蓋、管板等厚度 50mm 時(shí)，應(yīng)在正火狀態(tài) 下使用。 、 Q345R 屬 C-Mn 鋼，是屈服強(qiáng)度為 350MPa 級的普通低合金高強(qiáng)度鋼， 具有良好的低溫沖擊韌性。手工焊時(shí)，若為壓力容器則一般采用 堿性焊條 （如 J507 ），自動焊時(shí)，一般選用 H08MnA 或 H10Mn2 焊絲和 HJ431 焊 劑。 、Q345R鋼板的最小厚度是3mm ,鋼板厚度負(fù)偏差為0.3mm。10、 Q235-B適用于：P<1.6MPa、0350 C、殼體汩<20,非高度危

5、害 介質(zhì)。11、 Q235-C 適用于： P<2.5MPa、0400 C、殼體砧 <30。12、奧氏體不銹鋼可用于：使用壓力不限、使用溫度為-196700 C。使用的介 質(zhì)條件為： 介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)； 防鐵離子污染；T > 500 C的耐熱鋼 或TV-100 C的低溫用鋼。13、奧氏體不銹鋼既是耐酸鋼， 又是耐熱鋼。 從耐腐蝕性能來說， 需降低含碳量 ； 從耐高溫 性能來說，需適當(dāng) 提高含碳量 。14、為防止奧氏體不銹鋼產(chǎn)生 晶間腐蝕，一般采用降低不銹鋼的含碳量 ，可采用 00Cr或0Cr,而不采用1Cr。（含碳量低，晶間不會發(fā)生貧 Cr現(xiàn)象）15、 奧氏體不銹鋼在高溫條件下使

6、用時(shí)（>525 C ）,鋼中含碳量應(yīng)不小于0.04% ,（即采用1Cr或0Cr,而不采用00Cr）。因?yàn)槭褂脺囟雀哂?25 C時(shí)，鋼中含 碳量太低，強(qiáng)度和抗氧化性會顯著下降，因此 超低碳不銹鋼 和雙相不銹鋼都 不可用作耐熱鋼 。1 6 、奧氏體不銹鋼的焊接接頭一般均 采用射線進(jìn)行檢測，而 不采用超聲波 檢測。17、奧氏體不銹鋼制壓力容器一般 不需進(jìn)行焊后消除應(yīng)力的 熱處理 。18、 奧氏體不銹鋼在常溫和低溫下有很高的塑性和韌性，不具磁性。 在許多介質(zhì) 中有很高的耐蝕性，其中 鉻是抗氧化性和耐蝕性的基本元素。合金中 含碳量 的增加將降低耐蝕性能 ，所以該含碳量 0.080.12%左右為高碳

7、級不銹鋼，鋼號前以“ ”表示含碳量0.03<C<0.08%為低碳級不銹鋼，鋼號前以O(shè)”表示。 含碳量<0.03%為超低碳級不銹鋼，鋼號前以“00”表示。19、在不銹鋼焊接過程中， 其焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生晶間腐蝕的傾向很大， 因此不銹 鋼件焊接時(shí)，要求各連接件同時(shí)達(dá)到熔點(diǎn)。這對等厚板容易保證，而當(dāng)兩連接件相差較多時(shí)，就要注意將 厚板削薄。不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入是碳鋼的1/3 1/4，而線膨脹系數(shù)a卻是碳鋼的1.5倍。因此，在焊接時(shí)必須注意，否則會 引起很大的殘余應(yīng)力和變形。20、奧氏體不銹鋼在427870 C范圍內(nèi)緩慢冷卻時(shí)，在晶界上有高鉻的碳化物 Cr23C6 析出， 造成碳化物鄰近

8、部分貧鉻， 引起晶間腐蝕傾向， 這一溫度范圍 稱為 敏化范圍 。21、可能引起奧氏體不銹鋼 晶間腐蝕 的電解質(zhì)主要是 酸性介質(zhì) ，如工業(yè)醋酸、 甲 酸、鉻酸、乳酸、硝酸（常溫稀硝酸除外） 、草酸、磷酸、鹽酸、硫酸、亞硫 酸、尿素反應(yīng)介質(zhì)等。對于以防止鐵離子污染為目的的奧氏體不銹鋼設(shè)備， 則不需要進(jìn)行晶間腐蝕傾向性試驗(yàn)。防止措施：固溶化處理；降低鋼中的含碳量；添加穩(wěn)定碳化物的元素。22、應(yīng)力腐蝕 ：是指金屬在應(yīng)力（ 拉應(yīng)力 ）和腐蝕介質(zhì)的共同作用下（并有一定 的溫度條件）所引起的脆性開裂 ?？僧a(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的環(huán)境組合主要有： 碳鋼及低合金鋼：堿液、硝酸鹽溶液、無水液氨、濕硫化氫、醋酸等； 奧氏

9、體不銹鋼： 氯離子、氯化物+蒸汽、濕硫化氫、堿液等；.含鉬奧氏體不銹鋼：堿液、氯化物水溶液、硫酸 +硫酸銅的水溶液等； .黃銅：氨氣及溶液、氯化鐵、濕二氧化硫等； 防止措施：焊后消除應(yīng)力 熱處理。23、 氫在常溫常壓下不會對鐵碳合金引起氫腐蝕。當(dāng)溫度在200 C300 C時(shí)會發(fā)生“氫脆”，金屬在高溫下與氫反應(yīng)生成甲烷， 甲烷氣在晶界空隙內(nèi)引起裂紋， 使材料的塑性降低。因此，使用溫度V 220 C,可不考慮氫腐蝕，而設(shè)計(jì)溫度 支00 C與氫氣相接觸的壓力容器用鋼應(yīng)按納爾遜曲線選材，并應(yīng)留有20 C以上的溫度安全裕度，滿足于曲線的碳素鋼和低合金鋼在氫氣中使用須焊后消 除應(yīng)力熱處理。當(dāng)壓力很高（30

10、MPa ）時(shí)，也可直接采用中溫抗氫鋼，如 15CrMoR 、 14Cr1MoR 等。奧氏體不銹鋼在氫氣中使用是滿意的，焊后無需 進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理 。24、所需不銹鋼鋼板厚度12mm時(shí)，盡量采用襯里、復(fù)合、堆焊等結(jié)構(gòu)形式。25、低溫（設(shè)計(jì)溫度TW20 C）情況下，塑性金屬材料會產(chǎn)生 脆性破壞，目前各 國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均以 夏比 V 型缺口沖擊試驗(yàn) 來檢驗(yàn)材料對脆性破壞的敏感性。26、脆性轉(zhuǎn)變溫度 指：具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬都有冷脆性。隨著溫度的降低， 沖擊韌性會有明顯的降低，鋼材由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一轉(zhuǎn)變溫度 稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度，單位為C。而面心立方金屬，如 奧氏體不銹鋼，則無脆 性轉(zhuǎn)變溫度。

11、一般壓力容器用鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度大約在-20 C以下。27、碳素鋼和低合金鋼的 沖擊功應(yīng)支0J。工程中一般規(guī)定夏比 V型缺口沖擊吸 收功降至 20J 所對應(yīng)的溫度作為該材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。28、低溫用鋼的性能主要指標(biāo)是 低溫韌性，包括低溫沖擊韌性和脆性轉(zhuǎn)變溫度。29、低溫用鋼的低溫 沖擊韌性越高 ，即脆性轉(zhuǎn)變溫度越低 ，則其低溫韌性越好。30、壓力容器的破壞通常是由于內(nèi)壓產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力達(dá)到容器材料的強(qiáng)度極限而 發(fā)生的。但是，當(dāng)溫度降低到某一范圍后，容器壁內(nèi)的應(yīng)力在沒有達(dá)到屈服 限，甚至低于許用應(yīng)力的情況下也會發(fā)生破壞。相同的材料，相同規(guī)格的容器溫度愈低，容器的爆破壓力也愈低。這種現(xiàn)象稱為 低應(yīng)力

12、脆性破壞 。產(chǎn)生 容器低應(yīng)力破壞的主要原因之一是由于 鋼材在低溫下的沖擊功值明顯下降 ， 因此，低溫用鋼的質(zhì)量在很大程度上取決于在使用溫度下沖擊功的大小。在 低溫容器中的受壓元件材料均必須進(jìn)行低溫 夏比（ V 型缺口）沖擊試驗(yàn) ，鋼 材應(yīng)按批進(jìn)行沖擊試驗(yàn)復(fù)驗(yàn)。低溫容器受壓元件用鋼必須是 鎮(zhèn)靜鋼 。31、低溫情況下常采用： 奧氏體不銹鋼金相組織 為：Q345R :鐵素體加少量珠光體；OCr18Ni9 :奧氏32、常用壓力容器用鋼的Q235-B :鐵素體；體。33、鍛件的級別有（從低到高）：I、H、皿、W級。皿、W級鍛件需采用超聲波探 傷。壓力容器上的鍛件級別 不低于H級，壓力容器鍛件級別的確定要

13、考慮 截面 尺寸和介質(zhì)毒性 程度兩個(gè)因素，如介質(zhì)為極度或 高度危害時(shí)，使用的鍛件級 別不低于皿級。用作圓筒和封頭的筒形和碗形鍛件及公稱厚度 300mm的低 合金鋼鍛件應(yīng)選用皿級或W級。非承壓鍛件可選用I級。鍛件的級別由設(shè)計(jì)單 位確定，并應(yīng)在圖樣上注明，如 16Mn IIO34、GB/T8163適用于：Pv 10MPa/T V350 °C ,管壁汩10,非高度危害 介質(zhì)。35、JB/T4237-2007 不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶對原材料的牌號進(jìn)行了修正:S30408代替0Cr18Ni9304A102H0Cr21Ni10 （氬弧焊S30403代替00Cr19Ni10304LA002H00Cr

14、21Ni10S31608代替0Cr17Ni12Mo2316A202H0Cr19Ni12Mo2S31603代替00Cr17Ni14Mo2316LA022H00Cr19Ni12Mo2S32168代替0Cr18Ni10Ti321A132H0Cr20Ni10Ti絲）36、壓力容器專用鋼板制造單位應(yīng)取得相應(yīng)的特種設(shè)備制造許可證。 對實(shí)施許可的壓力容器專用鋼板，壓力容器制造單位應(yīng)取得 質(zhì)量證明書原件 。 （-新容規(guī) ）37、焊材 選用需考慮: 相同鋼號相焊， 碳素鋼、 碳錳低合金鋼的焊縫金屬不應(yīng)超過母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 的抗拉強(qiáng)度的上限值。高合金鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)和耐腐蝕性能。 不同鋼號相焊，碳素鋼與低合金鋼可采用與強(qiáng)度級別較低的母材相匹配 的焊接材料。碳素鋼、低合金鋼與奧氏體不銹鋼可采用鉻鎳含量較奧氏體不 銹鋼母材高的焊接材料。38、焊接二類、三類容器不宜用酸性焊條，應(yīng)選用低氫堿性焊條。對焊后需熱處 理的容器還要求焊條含釩量不得大于 0.05% 。39、螺栓硬度應(yīng)比螺母高 HB30 ，可選用不同鋼材或不同熱處理狀態(tài)。 （緊固件使用范圍）螺柱鋼號螺