壓力容器常用材料的基本知識(shí)

1、壓力容器常用材料的基本知識(shí)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(lèi)別。2、從材料力學(xué)性能來(lái)說(shuō)，升溫等效于升壓，降溫將導(dǎo)致鋼材的脆性增加。3、對(duì)同一種材料來(lái)說(shuō)，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(wèn)題。如處于16mm的Q235-B、Q235-C和16mm、36mm的Q345R都會(huì)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(guò)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、壓力容器用鋼板當(dāng)達(dá)到一定的厚度時(shí)，應(yīng)在正火狀態(tài)下使

2、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(duì)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(lèi)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，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

3、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，下限為-20。板厚為3200mm。是應(yīng)用很廣的材料。9、Q345R(GB713-2008，代替原16MnR)的使用說(shuō)明：、Q345R的適用范圍是：使用壓力不限、使用溫度為-20475。、 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；若焊前預(yù)熱至100，則板厚可提高至34mm。、Q345R鋼板一般是以熱軋狀態(tài)供貨；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(cè)，級(jí)合格。、Q345R用作法蘭、平蓋、管板等厚度50mm時(shí)，應(yīng)

4、在正火狀態(tài)下使用。2 / 9、Q345R屬C-Mn鋼，是屈服強(qiáng)度為350MPa級(jí)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(dòng)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： P1.6MPa、0350、殼體n20，非高度危害介質(zhì)。11、Q235-C適用于： P2.5MPa、0400、殼體n30。12、奧氏體不銹鋼可用于：使用壓力不限、使用溫度為-196700。使用的介質(zhì)條件為： 介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)； 防鐵離子污染； T500的耐熱鋼或T

5、-100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(lái)說(shuō)，需降低含碳量；從耐高溫性能來(lái)說(shuō)，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(huì)發(fā)生貧Cr現(xiàn)象）15、奧氏體不銹鋼在高溫條件下使用時(shí)（525），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時(shí)，鋼中含碳量太低，強(qiáng)度和抗氧化性會(huì)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。16、奧氏體不銹鋼的焊接接頭一般均采用射線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，而不采用超聲波檢測(cè)。17、奧氏體不銹鋼制

6、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%左右為高碳級(jí)不銹鋼，鋼號(hào)前以“1”表示。含碳量0.03<C<0.08%為低碳級(jí)不銹鋼，鋼號(hào)前以“O”表示。含碳量0.03%為超低碳級(jí)不銹鋼，鋼號(hào)前以“00”表示。19、在不銹鋼焊接過(guò)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(duì)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)是碳

7、鋼的1/31/4，而線(xiàn)膨脹系數(shù)卻是碳鋼的1.5倍。因此，在焊接時(shí)必須注意，否則會(huì)引起很大的殘余應(yīng)力和變形。20、奧氏體不銹鋼在427870范圍內(nèi)緩慢冷卻時(shí)，在晶界上有高鉻的碳化物Cr23C6析出，造成碳化物鄰近部分貧鉻，引起晶間腐蝕傾向，這一溫度范圍稱(chēng)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(duì)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

8、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(kāi)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(wú)水液氨、濕硫化氫、醋酸等；奧氏體不銹鋼：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(huì)對(duì)鐵碳合金引起氫腐蝕。當(dāng)溫度在200300時(shí)會(huì)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220，可不考慮氫腐蝕，而設(shè)計(jì)溫度200與氫氣相接觸的壓力容器用鋼應(yīng)按納

9、爾遜曲線(xiàn)選材，并應(yīng)留有20以上的溫度安全裕度，滿(mǎn)足于曲線(xiàn)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（30MPa）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(mǎn)意的，焊后無(wú)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T-20）情況下，塑性金屬材料會(huì)產(chǎn)生脆性破壞，目前各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均以夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)材料對(duì)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(huì)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)

10、變溫度稱(chēng)為脆性轉(zhuǎn)變溫度，單位為。而面心立方金屬，如奧氏體不銹鋼，則無(wú)脆性轉(zhuǎn)變溫度。一般壓力容器用鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度大約在-20以下。27、碳素鋼和低合金鋼的沖擊功應(yīng)20J。工程中一般規(guī)定夏比V型缺口沖擊吸收功降至20J所對(duì)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(méi)有達(dá)到屈服限，甚至低于許用應(yīng)力的情況下也會(huì)發(fā)生破壞。相同的材料，相同規(guī)格的

11、容器溫度愈低，容器的爆破壓力也愈低。這種現(xiàn)象稱(chēng)為低應(yīng)力脆性破壞。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。32、常用壓力容器用鋼的金相組織為：Q235-B：鐵素體；Q345R：鐵素體加少量珠光體；OCr18Ni9：奧氏體。33、鍛件的級(jí)別有（從低到高）：、級(jí)。、級(jí)鍛件需采用超聲波探傷。壓力容器上的鍛件級(jí)別不低于級(jí)，壓力容器鍛件級(jí)別的確定要考

12、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(jí)別不低于級(jí)。用作圓筒和封頭的筒形和碗形鍛件及公稱(chēng)厚度300mm的低合金鋼鍛件應(yīng)選用級(jí)或級(jí)。非承壓鍛件可選用級(jí)。鍛件的級(jí)別由設(shè)計(jì)單位確定，并應(yīng)在圖樣上注明，如16Mn。34、GB/T8163適用于：P10MPa/T350, 管壁n10, 非高度危害介質(zhì)。35、JB/T4237-2007不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶對(duì)原材料的牌號(hào)進(jìn)行了修正： S30408 代替 0Cr18Ni9 304 A102 H0Cr21Ni10（氬弧焊絲） S30403 代替 00Cr19Ni10 304L A002 H00Cr21Ni10 S31608 代替

13、0Cr17Ni12Mo2 316 A202 H0Cr19Ni12Mo2 S31603 代替 00Cr17Ni14Mo2 316L A022 H00Cr19Ni12Mo2 S32168 代替 0Cr18Ni10Ti 321 A132 H0Cr20Ni10Ti36、壓力容器專(zhuān)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(duì)實(shí)施許可的壓力容器專(zhuān)用鋼板，壓力容器制造單位應(yīng)取得質(zhì)量證明書(shū)原件。(-新容規(guī))37、焊材選用需考慮：相同鋼號(hào)相焊，碳素鋼、碳錳低合金鋼的焊縫金屬不應(yīng)超過(guò)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(hào)相焊，碳素鋼與低合金鋼可采用與強(qiáng)度級(jí)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(lèi)、三類(lèi)容器不宜用酸性焊條，應(yīng)選用低氫堿性焊條。對(duì)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(hào)螺母用鋼鋼號(hào)鋼材標(biāo)準(zhǔn)使用溫度其 它 限 制Q235-A35Q215-AQ235-AGB700(熱軋)-19300適用