1、2011年遼寧省D級(jí)壓力容器設(shè)計(jì)、審核人員培訓(xùn)班,選材要求 中國石油遼陽石化公司 胡麗莉 2011年4月,2,討論的主要內(nèi)容,一、選材原則 二、材料性能 三、常用材料 四、材料問題討論,一、選材原則,1、選材依據(jù)： 容器的使用條件； 材料的機(jī)械性能； 材料的耐蝕性能； 材料的加工性能； 材料的價(jià)格及來源； 同一工程設(shè)計(jì)中用材要統(tǒng)一。,3,一、選材原則,2、選材考慮因素 1）選擇壓力容器受壓元件用鋼時(shí)應(yīng)以下因素： 容器的使用條件：設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)； 材料的性能：力學(xué)性能、工藝性能、化學(xué)性能和物理性能； 容器的制造工藝以及經(jīng)濟(jì)合理性。 2）優(yōu)選采用壓力容器規(guī)范推薦的材料及國內(nèi)

2、材料標(biāo)準(zhǔn)中已有的材料。,4,二、材料性能,3）壓力容器材料不僅要具有高的屈服極限，而且具有一定的屈強(qiáng)比（ ReL / Rm ）。屈強(qiáng)比反映了材料承受外載能力的能力,屈強(qiáng)比愈小，結(jié)構(gòu)零件的可靠性愈高。壓力容器用材的屈強(qiáng)比一般為 0.60.7。碳素鋼的屈強(qiáng)比一般為 0.6 左右，低合金高強(qiáng)度鋼為 0.650.75，合金結(jié)構(gòu)鋼為0.85。 4）要求壓力容器材料具有良好的塑性，可以順利地進(jìn)行某些成型工藝，同時(shí)，良好的塑性使零件在使用時(shí)萬一超載，能由于塑性變形使強(qiáng)度提高而避免突然襲擊斷裂。,5,一、選材原則,5）由于沖擊功 AKV是金屬材料各項(xiàng)機(jī)械性能標(biāo)中對(duì)材料的化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)及內(nèi)部缺陷等

3、比較敏感的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，而且也是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要指標(biāo)，所以對(duì)壓力容器用鋼來說，尤其是低溫壓力容器沖擊功是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。 6）鋼材要有良好的冶金質(zhì)量。 7）較好的成型性能和焊接性能。 8）與受壓元件相焊接的非受壓元件用鋼應(yīng)是焊接性良好的鋼材。,6,一、選材原則,9）用于制造壓力容器受壓元件的焊接材料，應(yīng)當(dāng)保證焊縫金屬的力學(xué)性能高于或等于母材規(guī)定的限制，當(dāng)需要時(shí)，其他性能也不得低于母材的相應(yīng)要求； 10）壓力容器受壓元件用鋼材使用溫度上限： a)為標(biāo)準(zhǔn)各許用應(yīng)力表中各鋼號(hào)許用應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的最高溫度； b)碳素鋼和碳錳鋼鋼材在高于425溫度下長期使用時(shí)應(yīng)考慮鋼中碳化物相的石墨化傾

4、向； c)奧氏體型鋼材的使用溫度高于525時(shí)，鋼中含碳量應(yīng)不小于0.04%。,7,一、選材原則,3、選材一般原則 1）碳素鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強(qiáng)的常壓、低壓容器，壁厚不大的中壓容器，以及其它由剛性或結(jié)構(gòu)因素決定壁厚的場(chǎng)合。 2）低合金高強(qiáng)鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強(qiáng)，壁厚大于8mm的受壓容器。 3）珠光體耐熱鋼用于抗高溫氫或硫化氫腐蝕或設(shè)計(jì)溫度350650 的壓力容器。 4）不銹鋼用于介質(zhì)腐蝕性較高，防鐵離子污染，或設(shè)計(jì)溫度大于500 或設(shè)計(jì)溫度低于 -100 的容器。,8,一、選材原則,5）不含穩(wěn)定化元素且含碳量大于0.03%的奧氏體不銹鋼需要經(jīng)過焊接或400 以上熱加工時(shí)，不應(yīng)以上熱加工時(shí)，不應(yīng)用于

5、可能引起不銹鋼晶間腐蝕的環(huán)境。 6）在強(qiáng)大設(shè)計(jì)為主的場(chǎng)合，應(yīng)根據(jù)使用條件依次選用Q235系列、Q245R、Q345R鋼板。 7）所需不銹鋼厚度大于12mm時(shí)，應(yīng)盡量采用復(fù)合、堆焊、襯里結(jié)構(gòu)。,9,二、材料性能,1、金屬材料的性能： 包括使用性能和制造工藝性能兩個(gè)方面。 1）使用性能金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)的性能。它包括材料的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能。 a)力學(xué)性能是金屬在外力作用下所顯示與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的性能，或金屬在外力作用時(shí)表現(xiàn)出來的性能。它是反映金屬抵抗各種損傷作用能力的大小，是衡量金屬材料使用性能的重要指標(biāo)。力學(xué)性能指標(biāo)主要包括強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度和斷裂力

6、學(xué)等。,10,二、材料性能,b) 物理、化學(xué)性能密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性、抗氧化性、耐腐蝕性等。 2）制造工藝性能：材料承受各種冷、熱加工的能力。 a) 冷加工：冷成型、切削性能等。達(dá)到規(guī)定的幾何形狀和尺寸，公差配合，表面粗糙度等的要求。 b)熱加工：壓力加工性能（塑性變形） 、焊接性能（連接） 、熱處理（性能潛力）等。,11,二、材料性能,2、材料性能概念 1）強(qiáng)度：金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。常用的強(qiáng)度判據(jù)如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。 a) 抗拉強(qiáng)度(Rm):它表現(xiàn)材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值，超越此應(yīng)力值材料就進(jìn)入低應(yīng)力破壞階段，所以抗拉強(qiáng)度也表示材料抵抗斷裂的能力,通

7、過拉伸試驗(yàn)獲得。 b)屈服強(qiáng)度（ReL ）：它表現(xiàn)材料發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力,反映材料抗微量塑性變形的能力,通過拉伸試驗(yàn)獲得 。,12,二、材料性能,2）塑性：斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形能力。常用的塑性判據(jù)是伸長率A。 伸長率（A）：試樣拉斷后的伸長量與原長之比，表現(xiàn)材料被拉伸的程度，通過拉伸試驗(yàn)獲得。 3）韌性：金屬在斷裂前吸收變形能量的能力。判據(jù)是沖擊功AKV。 沖擊功(AKV)：材料在受到外加沖擊負(fù)荷的作用下,斷裂時(shí)消耗的功除以試樣缺口斷面面積而得到的商值，即在規(guī)定溫度下試樣抵抗沖擊載荷時(shí)所吸收的能量。通過沖擊試驗(yàn)獲得。,13,二、材料性能,4) 硬度(HB): 材料表面抵抗較硬物體劃

8、刻或壓入的能力。 5)冷彎性能:用于衡量材料在室溫時(shí)的塑性。 6) 蠕變:在規(guī)定溫度及恒定力作用下，材料塑性變形隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象。 a) 蠕變極限（Rn）：在規(guī)定溫度下，引起試樣在一定時(shí)間內(nèi)蠕動(dòng)總伸長率或恒定蠕變速率不超過規(guī)定值的最大應(yīng)力。 b)持久強(qiáng)度（RD） ：在給定的溫度下,使材料經(jīng)過規(guī)定時(shí)間發(fā)生斷裂的應(yīng)力, 是材料在高溫長期負(fù)荷作用下抵抗斷裂的能力。,14,二、材料性能,7) 疲勞：材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積性損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。 a)高周疲勞:材料在低于其屈服強(qiáng)度的循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)105以上循環(huán)次數(shù)而產(chǎn)生的疲勞。

9、 b)低周疲勞:材料在接近或超過其屈服強(qiáng)度的循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)102105塑性應(yīng)變循環(huán)次數(shù)而產(chǎn)生的疲勞。 c)熱疲勞:溫度循環(huán)變化產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力所導(dǎo)致的疲勞。,15,二、材料性能,8）脆性轉(zhuǎn)變溫度TC： 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，斷裂從韌性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈? 這一轉(zhuǎn)變溫度稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度。 9）斷裂韌性KIC： 第一類裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值,又稱為平面應(yīng)變條件下的斷裂韌性。反映材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，即抵抗脆性斷裂的能力。,16,二、材料性能,3、影響金屬材料性能的因素 1）化學(xué)成分 a)含碳量增加，則強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、 韌性下降。 b)合金元素各有不同的作用：

10、 Mn增加可提高強(qiáng)度（但應(yīng)控制1.9% V、Ti、Nb等元素細(xì)化晶粒，提高韌性及材料致密度。 Mo提高鋼的熱強(qiáng)性能、在高溫時(shí)保持足夠強(qiáng)度、細(xì)化晶粒，防止鋼的過熱傾向。 Cr、Ni提高鋼的熱強(qiáng)性能、高溫氧化性和耐腐蝕性。,17,二、材料性能,c)有害元素：P、S形成低熔點(diǎn)化學(xué)物，導(dǎo)致熱脆性和冷脆性，使塑性、韌性下降。 2)組織結(jié)構(gòu) 奧氏體:強(qiáng)度硬度不高，塑性韌性很好，無磁性。 鐵素體:強(qiáng)度硬度低，塑性韌性好。 珠光體:性能介于鐵素體與滲碳體之間。 馬氏體:具有很高的強(qiáng)度和硬度，但很脆；延展性差，易導(dǎo)致裂紋。,18,二、材料性能,3)晶粒度：常見18級(jí)。8級(jí)細(xì)小而均勻、綜合力學(xué)性能好。 4)狀態(tài)供

11、貨:熱軋、調(diào)質(zhì)、正火狀態(tài)供貨，以正火狀態(tài)組織性能最好。 5)加工工藝對(duì)組織性能影響 冷作變形會(huì)帶來纖維組織、加工硬化及殘余內(nèi)應(yīng)力。 熱變形會(huì)提高材料塑性變形能力及降低變形抗力。,19,二、材料性能,6）溫度對(duì)材料機(jī)械性能的影響 a)材料的屈服極限、強(qiáng)度極限和彈性模量隨溫度的升高而降低。如果設(shè)備的操作溫度較高，則必須選用在相應(yīng)溫度下能保持其強(qiáng)度指標(biāo)的材料。如果材料在高溫下承受高的應(yīng)力，則材料的抗蠕變性能是關(guān)鍵性的。 b)低溫情況下，通常塑性金屬材料往往以脆性方式破壞。引起鋼制焊接壓力容器脆性破壞的因素非常復(fù)雜。它取決于材料的晶格結(jié)構(gòu)，板材的厚度，加工后的殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)缺陷以及材料的使用溫度。以夏

12、比 v 型缺口沖擊試驗(yàn)來檢驗(yàn)材料對(duì)脆性破壞的敏感性。 c)不同的溫度對(duì)應(yīng)不同的許用應(yīng)力。,20,二、材料性能,4、金屬材料耐腐蝕性能 耐腐蝕性能是金屬材料抵抗介質(zhì)腐蝕的能力。壓力容器中處理的介質(zhì)大多數(shù)具有腐蝕性的，在設(shè)計(jì)中必須根據(jù)操作介質(zhì)來選擇耐腐蝕材料。 引起材料腐蝕的因素多種多樣，工程中常將常見的腐蝕情況分為：均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、氫脆、磨蝕等。,21,二、材料性能,1） 均勻腐蝕 均勻腐蝕是整個(gè)金屬表面均勻地發(fā)生腐蝕，這種腐蝕相對(duì)其它形式的腐蝕其危害最小。 GB150 中 C2只考慮均勻腐蝕 C2=KB 其中 B設(shè)計(jì)壽命(年) K腐蝕速率(mm/ 年 ),22,二、材料性能

13、,2） 應(yīng)力腐蝕 應(yīng)力腐蝕是指金屬在持久拉應(yīng)力和腐蝕性環(huán)境聯(lián)合作用下產(chǎn)生腐蝕裂紋,并使裂紋迅速擴(kuò)展,從而可能出現(xiàn)的早期性破壞的腐蝕形式。 幾種常見的應(yīng)力腐蝕環(huán)境: a）碳鋼及低合金鋼焊制容器對(duì) NaOH 的應(yīng)力腐蝕與介質(zhì)濃度、溫度有關(guān)。當(dāng)超過以下范圍的碳鋼、低合金鋼材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。,23,二、材料性能,b）濕 H2S 應(yīng)力腐蝕 介質(zhì)同時(shí)符合下列條件時(shí)，即為濕 H2S 應(yīng)力腐蝕環(huán)境： 溫度小于等于（60+2P）； P 為壓力，MPa H2S 分壓大于等于 0.00035MPa 即相當(dāng)于常溫在水中 H2S 溶解度大于等于 10p.p.m； 介質(zhì)中含有液相水或處于水的露點(diǎn)溫度以下； PH9 或有氰

14、化物(HCN)存在。,24,二、材料性能,C）液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境 當(dāng)容器接觸的液氨介質(zhì)同時(shí)符合下列各項(xiàng)條件時(shí)，即為液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境： 介質(zhì)為液態(tài)氨，含水量不高（0.2%）,且有可能受空氣(O2或 CO2)污染的場(chǎng)合； 使用溫度高于5。 d）奧氏體不銹鋼材料在氯化物溶液、高溫水、高濃度 NaOH 等介質(zhì)往往產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。 對(duì)于應(yīng)力腐蝕環(huán)境的容器除進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理，在焊接要求、焊接接頭硬度等方面都要提出具體要求。,25,二、材料性能,3）氫腐蝕環(huán)境 引起這種腐蝕有合成氨、合成甲醇、石油加氫等工業(yè)生產(chǎn)。設(shè)計(jì)溫度大于等于 200與氫氣氛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以上的溫

15、度安全裕度。滿足于曲線的碳素鋼和珠光體耐熱鋼在氫氣氛中使用須經(jīng)過焊后消除應(yīng)力熱處理。 奧氏體不銹鋼在氫分壓范圍的氫氣中使用都是滿意的，焊后也無必要進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。,26,二、材料性能,4）晶間腐蝕 可能引起晶間腐蝕環(huán)境必須是存在電解質(zhì)的電化學(xué)腐蝕環(huán)境，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、甲酸硝酸、草酸、鹽酸、硫酸、磷酸等。 防晶間腐蝕的措施： a）固熔化處理; b）降低鋼中碳含量 c）添加穩(wěn)定碳化物的元素 （Nb. Ti. Ni）,27,二、材料性能,5、制造工藝性能 壓力容器應(yīng)考慮的制造工藝性能有焊接性、鍛造性、切削加工性、熱處理性及沖壓性等。 1）對(duì)壓力容器來說重

16、要的是材料的焊接性,一般控制材料的含碳量小于 0.25%。材料的含碳量越高，熱影響區(qū)的硬化與脆化傾向越大，在焊接應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生裂紋。 2）應(yīng)變硬化：在常溫下鋼材經(jīng)過塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化，晶粒沿變形最大的方向被伸長，晶格被扭曲，降低鋼材的塑性和韌性，提高了鋼材的抗變形能力，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化或加工硬化。,28,二、材料性能,3）熱處理 常用的熱處理工藝：A，退火；N，正火；T，回火；Q，淬火；Q+T，調(diào)質(zhì)。 壓力容器常用熱處理有兩類: 產(chǎn)品熱處理：焊后熱處理、焊后消氫處理。 原材料的熱處理：恢復(fù)材料力學(xué)性能熱處理、改善材料力學(xué)性能熱處理、固溶處理?；謴?fù)材料力學(xué)性能熱處理也可以與產(chǎn)

17、品熱處理合并進(jìn)行。,29,三、常用材料,1、壓力容器材料標(biāo)準(zhǔn) 1）鋼板 GB 713鍋爐和壓力容器用鋼板 GB 3531低溫壓力容器用低合金鋼鋼板 GB 19189壓力容器用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板 GB 24511承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶 NB/T 47002.1 壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板 第 1 部分：不銹鋼鋼復(fù)合板 NB/T 47002.2 壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板 第 2 部分：鎳鋼復(fù)合板,30,三、常用材料,1）鋼板 NB/T 47002.3 壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板 第 3 部分：鈦鋼復(fù)合板 NB/T 47002.4 壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板 第 4 部分：銅鋼復(fù)合板 2）鋼管 GB/T8

18、163輸送流體用無縫鋼管 GB9948石油裂化用無縫鋼管 GB6479化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 GB 5310高壓鍋爐用無縫鋼管,31,三、常用材料,2）鋼管 GB 13296鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管 GB/T 14976流體輸送用不銹鋼無縫鋼管 GB/T 21832奧氏體鐵素體型雙相不銹鋼焊 接鋼管 GB/T 21833奧氏體鐵素體型雙相不銹鋼無縫鋼管 GB/T 12771流體輸送用不銹鋼焊接鋼管 GB/T 24593鍋爐和熱交換器用奧氏體不銹鋼焊接鋼管,32,三、常用材料,3）鍛件 NB/T 47008-2010 ( JB/T 4726 ) 承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件 NB/T 47

19、009-2010 ( JBIT 4727 ) 低溫承壓設(shè)備用低合金鋼鍛件 NB/T 47010-2010 ( JBIT 4728 ) 承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件,33,三、常用材料,2、碳素鋼、低合金鋼材料基本要求 1）化學(xué)成分： a)用于焊接的碳素鋼、低合金鋼： C0.25%、 P0.035%、 S0.035% b)壓力容器專用鋼中的碳素鋼、低合金鋼: P0.030%、 S0.020%； c)標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值大于等于540Mpa材料： P0.025%、 S0.015%； d)設(shè)計(jì)溫度低于-20且標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值大于等于540Mpa材料： P0.020%、 S0.010%；,34,三、常

20、用材料,2）沖擊功,35,三、常用材料,3）斷后伸長率 注1：碳含量高影響焊接性能；磷含量高降低鋼的塑性和韌性，尤其是低溫韌性；硫含量高產(chǎn)生熱脆，導(dǎo)致開裂，并使焊縫產(chǎn)生氣孔和裂紋。 注2：為防止碳素鋼和低合金鋼制壓力容器發(fā)生脆性破壞，規(guī)定了最低沖擊功和斷后伸長率的要求。,36,三、常用材料,3、碳素鋼和低合金鋼鋼板基本要求 1）下列碳素鋼和低合金鋼鋼板,應(yīng)在正火狀態(tài)下使用： a) 用于多層容器內(nèi)筒的Q245R 和Q345R； b) 用于殼體的厚度大于36mm 的Q245R 和Q345R； c) 用于其他受壓元件(法蘭、管板、平蓋等)的厚度大于50mm 的Q245R 和Q345R； d)在濕H2

21、S應(yīng)力腐蝕環(huán)境中使用。,37,三、常用材料,2）鋼板超聲檢驗(yàn)：,38,三、常用材料,2）鋼板超聲檢驗(yàn)：,39,三、常用材料,3）Q235 系列鋼板的使用規(guī)定 a) P0.035%、S0.035%的要求； b) 厚度6mm 應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，使用溫度低于20至0、厚度 6mm 的Q235C 鋼板，容器制造單位應(yīng)附加橫向試樣的0沖擊試驗(yàn)； c) 鋼板應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗(yàn)； d) 容器的設(shè)計(jì)壓力小于1.6MPa； e) 使用溫度：Q235B 鋼板為20300；Q235C 鋼板為0300； f) 用于殼體厚度：Q235B 和Q235C 不大于16mm。用于其他受壓元件的厚度：Q235B 不大于30mm，Q23

22、5C 不大于40mm； g)不得用于毒性程度為極度或高度危害介質(zhì) 。,40,三、常用材料,4、高合金鋼鋼板基本要求 a) 鋼板的交貨狀態(tài)應(yīng)按GB 24511 的相應(yīng)規(guī)定: 鐵素體型鋼板退火狀態(tài); 奧氏體鐵素體型鋼板固溶熱處理狀態(tài); 奧氏體型鋼板固溶熱處理狀態(tài). b) GB 24511 熱軋厚鋼板、熱軋鋼板及鋼帶的厚度允許偏差分為普通精度和較高精度兩個(gè)等級(jí)，壓力容器一般采用普通精度，需采用較高精度（代號(hào)PT）時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中規(guī)定。 c) 設(shè)計(jì)文件中應(yīng)規(guī)定表面加工類型。壓力容器中熱軋產(chǎn)品一般采用1D 級(jí)，冷軋產(chǎn)品一般采用2B 級(jí)。,41,三、常用材料,d) 受壓元件用鋼板使用溫度下限按下列規(guī)定：

23、 鐵素體型鋼板為0； 奧氏體-鐵素體型鋼板為-20； 奧氏體型鋼材的使用溫度高于或等于-196時(shí)，可免做沖擊試驗(yàn)。低于-196-253，由設(shè)計(jì)文件規(guī)定沖擊試驗(yàn)要求。,42,三、常用材料,43,5、不銹鋼-鋼復(fù)合板 a）技術(shù)要求應(yīng)符合NB/T 47002.1 的規(guī)定。對(duì)不計(jì)入強(qiáng)度計(jì)算的奧氏體型不銹鋼覆材，可選用GB24511 以外的國家標(biāo)準(zhǔn)中的鋼號(hào)，該覆材鋼號(hào)的技術(shù)要求允許低GB24511 相應(yīng)鋼號(hào)的規(guī)定。 b) 復(fù)合板的未結(jié)合率不應(yīng)大于5%，設(shè)計(jì)文件中應(yīng)規(guī)定復(fù)合板的級(jí)別。 c）使用溫度范圍應(yīng)同時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基材和覆材使用溫度范圍的規(guī)定。 d）復(fù)合界面的結(jié)合剪切強(qiáng)度應(yīng)不小于 210MPa。,三、常

24、用材料,44,6、碳素鋼和低合金鋼鋼管 1）GB/T 8163 中10、20 鋼和Q345D 鋼管的使用規(guī)定如下： a) 不得用于換熱管； b) 設(shè)計(jì)壓力不大于4.0MPa； c) 10、20 和Q345D 鋼管的使用溫度下限相應(yīng)為-10、0和-20； d) 鋼管壁厚不大于10mm； e) 不得用于毒性程度為極度或高度危害的介質(zhì)。,三、常用材料,45,2）GB 9948 中各鋼號(hào)鋼管使用規(guī)定如下： a） 換熱管應(yīng)選用冷拔或冷軋鋼管，鋼管的尺寸精度應(yīng)選用高級(jí)精度； b） 外徑不小于70mm，且壁厚不小于6.5mm 的10 和20 鋼管，應(yīng)分別進(jìn)行-20和0的沖擊試驗(yàn)。 C）10 和20 鋼管的使

25、用溫度下限分別為-20和0。 3)GB5310 中的12Cr1MoVG 鋼管用作換熱管時(shí)，應(yīng)選用冷拔或冷軋鋼管。,三、常用材料,46,4）GB6479 中各鋼號(hào)鋼管使用規(guī)定如下： a) 鋼中含硫量應(yīng)不大于0.020%； b) 換熱管應(yīng)選用冷拔或冷軋鋼管，鋼管尺寸精度應(yīng)選用高級(jí)精度； c) 外徑不小于70mm，且壁厚不小于6.5mm 的20 和16Mn 鋼管，應(yīng)分別進(jìn)行0和-20的沖擊試驗(yàn)。 d) 20 和16Mn 鋼管的使用溫度下限分別為0 和-20。,三、常用材料,47,5) 使用溫度低于-20的鋼管，其使用狀態(tài)和鋼管的使用溫度下限見下表，表中16Mn 鋼的化學(xué)成分應(yīng)符合P0.025%、S0

26、.012%的規(guī)定,三、常用材料,48,7、高合金鋼鋼管 1）GB/T 14976 中的鋼管不得用于換熱管。 2） GB/T 21833 中的鋼管如用于換熱管時(shí)，應(yīng)選用冷拔或冷軋鋼管，鋼管的尺寸精度應(yīng)選用高級(jí)精度。 3）GB/T 12771 中的類類鋼管允許使用，但不得用于換熱管,圖樣上應(yīng)注明所選用的鋼管類別。類鋼管的許用應(yīng)力可選用GB/T 14976 中相應(yīng)鋼號(hào)無縫鋼管的許用應(yīng)力。類和類鋼管使用規(guī)定如下： a) 設(shè)計(jì)壓力小于10.0MPa； b) 不得用于毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)。,三、常用材料,49,4）GB/T 24593 中的鋼管使用規(guī)定如下： a) 鋼管應(yīng)逐根進(jìn)行渦流檢測(cè)； b)

27、設(shè)計(jì)壓力小于10.0MPa； c) 不得用于毒性程度為極度或高度危害的介質(zhì)。 5）GB/T 21832 中的類和類鋼管允許使用，但不得用于換熱管。圖樣應(yīng)上注明所選用的鋼管類別。類鋼管的許用應(yīng)力可選用GB/T 21833 中相應(yīng)鋼號(hào)無縫鋼管的許用應(yīng)力。,三、常用材料,50,6）GB/T 21832 中的類鋼管僅用于換熱管。圖樣上應(yīng)注明鋼管類別（類）。鋼管的外徑允許偏差應(yīng)按高級(jí)精度交貨。該類鋼管的使用規(guī)定如下： a)鋼管應(yīng)逐根進(jìn)行渦流檢測(cè)； b)設(shè)計(jì)壓力小于10.0MPa； c)不得用于毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)。 7)鋼管的使用溫度下限應(yīng)按下列規(guī)定： a)GB/T 21832 和GB/T218

28、33 各鋼號(hào)鋼管為 -20； b)GB 13296、GB/T 14976、GB/T 12771 和GB/T 24593 各鋼號(hào)鋼管-196。,三、常用材料,51,8、碳素鋼和低合金鋼鋼鍛件 1）鋼鍛件的級(jí)別由設(shè)計(jì)文件規(guī)定，并應(yīng)在圖樣上注明（在鋼號(hào)后附上級(jí)別符號(hào)），下列鋼鍛件應(yīng)選用級(jí)或級(jí)： a) 用作容器筒體和封頭的筒形、環(huán)形、碗形鍛件； b) 公稱厚度大于300mm 的低合金鋼鍛件； c) 標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值等于或大于540MPa 且公稱厚度大于200mm 的低合金鋼鍛件； d) 使用溫度低于-20且公稱厚度大于200mm 的低溫用鋼鍛件。,三、常用材料,52,2）用于設(shè)計(jì)溫度高于300的 2

29、0MnMoNb、20MnNiMo、12Cr2Mo1V 和12Cr3Mo1V 級(jí)或級(jí)鋼鍛件，設(shè)計(jì)文件中應(yīng)規(guī)定鋼鍛件按批（級(jí)）或逐件（級(jí)）進(jìn)行設(shè)計(jì)溫度下的高溫拉伸試驗(yàn)。 3）用于抗回火脆化要求的12Cr2Mol、12Cr2Mo1V 和12Cr3MolV 鋼鍛件，技術(shù)文件中應(yīng)注明其化學(xué)成分和力學(xué)性能的特殊要求。,四、材料問題討論,53,1、材料代用問題 1）“以優(yōu)代劣”問題 a)壓力容器用低合金鋼，雖然其強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)于碳素鋼，但其可焊性不如碳鋼好。低合金鋼代用碳鋼時(shí)，應(yīng)相應(yīng)修改焊接材料要求。 b)壓力容器用低合金鋼，雖然其強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)于碳素鋼，但其抗應(yīng)力腐蝕能力卻不如碳鋼好。隨著材料

30、強(qiáng)度級(jí)別的提高，相應(yīng)對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性加大。材料代用時(shí)如考慮不周將會(huì)給壓力容器的安全使用留下隱患。,四、材料問題討論,54,c)鎮(zhèn)靜鋼雖然在價(jià)格和強(qiáng)度指標(biāo)上要優(yōu)于沸騰鋼，但是，當(dāng)用于制造搪玻璃容器時(shí)，沸騰鋼的涂搪效果反而比鎮(zhèn)靜鋼好。 d)奧氏體不銹鋼耐通常介質(zhì)腐蝕效果優(yōu)于碳鋼及低合金鋼，但其耐含cl-介質(zhì)腐蝕性能不如碳素鋼和低合金鋼。 e)16MnDR鋼板的低溫性能要優(yōu)于Q345R,價(jià)格也高，但用于設(shè)計(jì)溫度為300時(shí)，不能用16MnDR鋼板代用Q345R鋼板，原因在該溫度下16MnDR的許用應(yīng)力為140Mpa, Q345R的許用應(yīng)力為153Mpa。,四、材料問題討論,55,f) 對(duì)于換熱器

31、管板來說，鍛件的綜合性能優(yōu)于板材，所有一般采用鍛件，但在60mm以下時(shí)設(shè)計(jì)也可以選用板材，此時(shí)如要求鍛件代板材時(shí)，應(yīng)注意厚度相同的鋼板的許用應(yīng)力略高于鍛件。 g)超低碳不銹鋼的價(jià)格和耐腐蝕性能優(yōu)于普通不銹鋼，其高溫強(qiáng)度卻不如普通不銹鋼。如：設(shè)計(jì)溫度400 ，選用S31608,許用應(yīng)力為111Mpa,如果用S31603代用,許用應(yīng)力為86Mpa，相比之下降低了22.5%，需要相應(yīng)增加壁厚。 應(yīng)注意S31608的最高使用溫度700 ，而S31603最高使用溫度450。,四、材料問題討論,56,2）“以厚代薄”問題 a)壓力容器殼體中某部件（如封頭） “以厚代薄”，會(huì)形成殼體的幾何不連續(xù)，造成局部應(yīng)

32、力。這種不利影響對(duì)有應(yīng)力腐蝕開裂傾向的容器和承受交變載荷的容器后果尤為嚴(yán)重。 b)壓力容器整體“以厚代薄”，原設(shè)計(jì)選用的焊接要求、無損檢測(cè)要求、熱處理要求可能發(fā)生變化。 c)殼體增厚，使容器重量相應(yīng)增加，可能使容器的支座和基礎(chǔ)受力狀況不佳。 d)對(duì)于殼體兼作傳熱元件的容器，增加殼體厚度會(huì)降低傳熱效果。,四、材料問題討論,57,e)鋼板許用應(yīng)力與厚度密切相關(guān)， “以厚代薄”可能造成鋼板許用應(yīng)力下降，如：Q245R鋼板100 許用應(yīng)力值，316mm為147Mpa，1636mm為140Mpa。 “以厚代薄”后強(qiáng)度計(jì)算可能不合格。 f)換熱器主要元件的“以厚代薄”，會(huì)造成原本平衡的力系不平衡，此時(shí)，必

33、須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。換熱管和殼體的“以厚代薄”相應(yīng)增加溫差應(yīng)力，需要重新設(shè)計(jì)計(jì)算。,四、材料問題討論,58,2、材料腐蝕問題 1）防腐蝕結(jié)構(gòu)、參數(shù) a)壓力容器容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能消除縫隙，以避免縫隙腐蝕，如考慮換熱器管板與換熱管貼賬。 b)對(duì)于以液體或氣（汽）體為介質(zhì)的壓力容器，介質(zhì)入口采用各種插入式結(jié)構(gòu)可以有效地避免由于汽蝕、閃蒸、沖刷、磨蝕等原因造成的壓力容器壁厚減薄。 c)對(duì)于介質(zhì)不同濃度具有不同腐蝕特性的情況，應(yīng)在圖紙技術(shù)特性表中標(biāo)注介質(zhì)濃度。,四、材料問題討論,59,2)在濕H2S和液氨（含水量0.2%)應(yīng)力腐蝕環(huán)境使用的碳鋼及低合金鋼要求： a)材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度ReL355Mpa； b)材料實(shí)測(cè)的抗拉強(qiáng)