常见问题

压力容器常用材料的基本知识

 

1、压力容器用钢板选用时应考虑:

   ① 设计压力;② 设计温度; ③ 介质特性;④ 容器类别。

 

2、从材料力学性能来说,升温等效于升压,降温将导致钢材的脆性增加。

 

3、对同一种材料来说,随温度和板厚的增加,其许用应力则降低。因而当容器壳体的名义厚度处于钢板许用应力变化的临界值时,应考虑此问题。如处于16mm的Q235-B、Q235-C和16mm、36mm的Q345R都会发生许用应力跳档现象。

 

4、钢材的强度和塑性指标可通过拉伸试验和冷弯试验(室温下进行)获得。

 

5、 板材供货时薄板以热轧状态供货,厚板以正火状态供货(因强度和韧性下降)。

 

6、压力容器用钢板当达到一定的厚度时,应在正火状态下使用,即使用正火板,如用于壳体厚度>30mm的Q345R钢板必须要求正火状态下供货和使用。需注意:正火仅对板材而言,而非整体设备。(热轧板呈铁红色,正火板呈铁青色)。

 

7、压力容器用钢与锅炉用钢类同,首先要保证足够的强度,还要有足够的塑性,质地均匀等。因此,必须选用杂质(S、P)和有害气体含量较低的碳素钢和低合金钢,均为镇静钢。且为保证受压元件材料的焊接性能,一般须控制材料的含碳量≤0.25%。材料的含碳量升高,则其冲击韧性下降,脆性转变温度升高,在焊接时容易产生裂纹。

 

8、低合金钢的机械性能、耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等均比碳素钢有所提高,其中最常用的是:Q345R。它不仅S、P含量控制较严,更重要的是要求保证足够的冲击韧性,在材料验收方面也比较严格。因此其使用压力不受限制,使用温度上限为475℃,下限为-20℃。板厚为3~200mm。是应用很广的材料。

 

9、Q345R(GB713-2008,代替原16MnR)的使用说明:

①、Q345R的适用范围是:使用压力不限、使用温度为-20~475℃。

②、 Q345R用作压力容器壳体的板厚>30mm时,则容器需焊后作退火热处理,热处理的温度为600~650℃;若焊前预热至100℃,则板厚可提高至34mm。

③、Q345R钢板一般是以热轧状态供货;当板厚>30mm时,为保证塑性和韧性,一般采用正火板,且逐张钢板应超声波检测,Ⅲ级合格。

④、Q345R用作法兰、平盖、管板等厚度>50mm时,应在正火状态下使用。

⑤、Q345R属C-Mn钢,是屈服强度为350MPa级的普通低合金高强度钢,具有良好的低温冲击韧性。手工焊时,若为压力容器则一般采用碱性焊条(如J507),自动焊时,一般选用H08MnA或H10Mn2焊丝和HJ431焊剂。

⑥、Q345R钢板的最小厚度是3mm,钢板厚度负偏差为0.3mm。

10、Q235-B适用于: P≤1.6MPa、0~350℃、壳体δn≤20,非高度危害介质。

 

11、Q235-C适用于: P≤2.5MPa、0~400℃、壳体δn≤30。

 

 

12、奥氏体不锈钢可用于:使用压力不限、使用温度为-196~700℃。使用的介质条件为:①介质腐蚀性较强;② 防铁离子污染;③ T>500℃的耐热钢或T<-100℃的低温用钢。

 

13、奥氏体不锈钢既是耐酸钢,又是耐热钢。从耐腐蚀性能来说,需降低含碳量;从耐高温性能来说,需适当提高含碳量。

 

14、为防止奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀,一般采用降低不锈钢的含碳量,可采用00Cr或0Cr,而不采用1Cr。(含碳量低,晶间不会发生贫Cr现象)

 

15、奥氏体不锈钢在高温条件下使用时(>525℃),钢中含碳量应不小于0.04%,(即采用1Cr或0Cr,而不采用00Cr)。因为使用温度高于525℃时,钢中含碳量太低,强度和抗氧化性会显著下降,因此超低碳不锈钢和双相不锈钢都不可用作耐热钢。

 

16、奥氏体不锈钢的焊接接头一般均采用射线进行检测,而不采用超声波检测。

 

17、奥氏体不锈钢制压力容器一般不需进行焊后消除应力的热处理。

 

18、奥氏体不锈钢在常温和低温下有很高的塑性和韧性,不具磁性。在许多介质中有很高的耐蚀性,其中铬是抗氧化性和耐蚀性的基本元素。合金中含碳量的增加将降低耐蚀性能,所以该含碳量0.08~0.12%左右为高碳级不锈钢,钢号前以"1"表示。含碳量0.03<C<0.08%为低碳级不锈钢,钢号前以"O"表示。含碳量≤0.03%为超低碳级不锈钢,钢号前以"00"表示。

 

19、在不锈钢焊接过程中,其焊缝热影响区产生晶间腐蚀的倾向很大,因此不锈

钢件焊接时,要求各连接件同时达到熔点。这对等厚板容易保证,而当两连接件相差较多时,就要注意将厚板削薄。不锈钢的导热系数λ是碳钢的1/3~1/4,而线膨胀系数α却是碳钢的1.5倍。因此,在焊接时必须注意,否则会引起很大的残余应力和变形。

 

20、奥氏体不锈钢在427~870℃范围内缓慢冷却时,在晶界上有高铬的碳化物Cr23C6析出,造成碳化物邻近部分贫铬,引起晶间腐蚀倾向,这一温度范围称为敏化范围。

 

21、可能引起奥氏体不锈钢晶间腐蚀的电解质主要是酸性介质,如工业醋酸、甲酸、铬酸、乳酸、硝酸(常温稀硝酸除外)、草酸、磷酸、盐酸、硫酸、亚硫酸、尿素反应介质等。对于以防止铁离子污染为目的的奥氏体不锈钢设备,则不需要进行晶间腐蚀倾向性试验。

防止措施:①固溶化处理;②降低钢中的含碳量;③添加稳定碳化物的元素。

 

22、应力腐蚀:是指金属在应力(拉应力)和腐蚀介质的共同作用下(并有一定的温度条件)所引起的 脆性开裂。可产生应力腐蚀破坏的环境组合主要有:

⑴.碳钢及低合金钢:碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸等;

⑵.奥氏体不锈钢:氯离子、氯化物 蒸汽、湿硫化氢、碱液等;

⑶.含钼奥氏体不锈钢:碱液、氯化物水溶液、硫酸 硫酸铜的水溶液等;

⑷.黄铜:氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等;

防止措施:焊后消除应力热处理。

 

23、氢在常温常压下不会对铁碳合金引起氢腐蚀。当温度在200℃~300℃时会发生"氢脆",金属在高温下与氢反应生成甲烷,甲烷气在晶界空隙内引起裂纹,使材料的塑性降低。因此,使用温度<220℃,可不考虑氢腐蚀,而设计温度≥200℃与氢气相接触的压力容器用钢应按纳尔逊曲线选材,并应留有20℃以上的温度安全裕度,满足于曲线的碳素钢和低合金钢在氢气中使用须焊后消除应力热处理。当压力很高(≥30MPa)时,也可直接采用中温抗氢钢,如15CrMoR、14Cr1MoR等。奥氏体不锈钢在氢气中使用是满意的,焊后无需进行消除应力热处理。

 

24、所需不锈钢钢板厚度>12mm时,尽量采用衬里、复合、堆焊等结构形式。

 

 

25、低温(设计温度T≤-20℃)情况下,塑性金属材料会产生脆性破坏,目前各国标准规范均以夏比V型缺口冲击试验来检验材料对脆性破坏的敏感性。

 

26、脆性转变温度指:具有体心立方结构的金属都有冷脆性。随着温度的降低,冲击韧性会有明显的降低,钢材由韧性状态转变为脆性状态。这一转变温度称为脆性转变温度,单位为℃。而面心立方金属,如奥氏体不锈钢,则无脆性转变温度。一般压力容器用钢的脆性转变温度大约在-20℃以下。

 

27、碳素钢和低合金钢的冲击功应≥20J。工程中一般规定夏比V型缺口冲击吸收功降至20J所对应的温度作为该材料的脆性转变温度。

 

28、低温用钢的性能主要指标是低温韧性,包括低温冲击韧性和脆性转变温度。

 

29、低温用钢的低温冲击韧性越高,即脆性转变温度越低,则其低温韧性越好。

 

30、压力容器的破坏通常是由于内压产生的机械应力达到容器材料的强度极限而发生的。但是,当温度降低到某一范围后,容器壁内的应力在没有达到屈服限,甚至低于许用应力的情况下也会发生破坏。相同的材料,相同规格的容器温度愈低,容器的爆破压力也愈低。这种现象称为低应力脆性破坏。产生容器低应力破坏的主要原因之一是由于钢材在低温下的冲击功值明显下降,因此,低温用钢的质量在很大程度上取决于在使用温度下冲击功的大小。在低温容器中的受压元件材料均必须进行低温夏比(V型缺口)冲击试验,钢材应按批进行冲击试验复验。低温容器受压元件用钢必须是镇静钢。

 

31、低温情况下常采用:奥氏体不锈钢。

 

 

32、常用压力容器用钢的金相组织为:

①Q235-B:铁素体;Q345R:铁素体加少量珠光体; OCr18Ni9:奥氏体。

 

33、锻件的级别有(从低到高):Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。Ⅲ、Ⅳ级锻件需采用超声波探伤。压力容器上的锻件级别不低于Ⅱ级,压力容器锻件级别的确定要考虑截面尺寸和介质毒性程度两个因素,如介质为极度或高度危害时,使用的锻件级别不低于Ⅲ级。用作圆筒和封头的筒形和碗形锻件及公称厚度>300mm的低合金钢锻件应选用Ⅲ级或Ⅳ级。非承压锻件可选用Ⅰ级。锻件的级别由设计单位确定,并应在图样上注明,如16MnⅡ。

 

34、GB/T8163适用于:P<10MPa/T<350℃, 管壁δn≤10,非高度危害介质。

 

35、JB/T4237-2007《不锈钢热轧钢板和钢带》对原材料的牌号进行了修正:

   ① S30408  代替  0Cr18Ni9       304    A102   H0Cr21Ni10(氩弧焊丝)

   ② S30403  代替  00Cr19Ni10     304L   A002   H00Cr21Ni10

   ③ S31608  代替  0Cr17Ni12Mo2   316    A202   H0Cr19Ni12Mo2

   ④ S31603  代替  00Cr17Ni14Mo2  316L   A022   H00Cr19Ni12Mo2

   ⑤ S32168  代替  0Cr18Ni10Ti    321    A132   H0Cr20Ni10Ti

 

36、压力容器专用钢板制造单位应取得相应的特种设备制造许可证。对实施许可的压力容器专用钢板,压力容器制造单位应取得质量证明书原件。(--新容规)

 

 

37、焊材选用需考虑:

①相同钢号相焊,碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属不应超过母材标准规定

的抗拉强度的上限值。高合金钢的焊缝金属应保证力学和耐腐蚀性能。

②不同钢号相焊,碳素钢与低合金钢可采用与强度级别较低的母材相匹配

的焊接材料。碳素钢、低合金钢与奥氏体不锈钢可采用铬镍含量较奥氏体不

锈钢母材高的焊接材料。

 

38、焊接二类、三类容器不宜用酸性焊条,应选用低氢碱性焊条。对焊后需热处理的容器还要求焊条含钒量不得大于0.05%。

 

    39、螺栓硬度应比螺母高HB30,可选用不同钢材或不同热处理状态。(紧固件使用范围)

螺柱

钢号

螺母用钢

钢号

钢材标准

使用温度℃

其  它 限 制

Q235-A

35

Q215-A

Q235-A

GB700

(热轧)

-19300

适用于P<10.0Mpa容器.密封要求高时,使用温度宜小于等于200℃

40MnB、

40Cr

35

35

GB699

 (正火)

-19400

适用于P≥2.5Mpa容器及密封要求高时,使用温度宜小于等于400℃

30CrMoA

35CrMoA

40Mn

45

GB699

GB3077

-19400

适用于P≥2.5Mpa容器及密封要求高时,使用温度宜小于等于400℃


 


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