浅谈压力容器壳体选材

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1、浅谈压力容器壳体选材【摘要】压力容器是一种被广泛应用于各种行业的特种设备，其安全性是一个不容忽视的问题。决定压力容器安全性的内在因素是结构和材料性能，材料是构成设备的物质基础。合理选材是压力容器设计的基本任务之一。本文浅谈一下压力容器壳体选材的基本原则以及应考虑的几点因素。【关键词】压力容器；选材；原则；因素压力容器设计的首要问题是选材，对于给定的工况选择合适的材料是设计工程师的责任。材料选择涉及到方方面面，设计工程师师不但要了解材料的性能，而且要了解制造工艺、使用环境和时间对材料性能的影响规律，这看起来是一个很复杂的难题。但从实际出发，一个压力容器设计工程师只要掌握选材的几个主要

2、方面，选择材料就不是一件难事了。一、影响材料选择的主要因素设备承受压力载荷（均匀的或交变的）及非压力载荷（自重、风载荷、地震载荷、冲击载荷、附属设备载荷、支座反力、运输载荷、波浪载荷、接管处的载荷等）。这些都在设计计算时起主要作用，但并不是影响材料选择的主要因素。影响材料选择的主要因素有以下几个方面。1、介质介质的性能（主要是腐蚀性）会极大影响材料的选择。在这方面可参考各种材料的腐蚀数据资料加以选用。更现实的是，参考已投入运行的相应装置的使用情况来选择材料。对几类主要介质，如硫化氢、氢、和氯化物的存在要予以注意。（1）硫化物应力腐蚀裂纹（SSC）含有硫化氢的液态水的流体不论是酸性还

3、是碱性介质，均可能引起敏感材料的硫化物应力腐蚀开裂。这一现象受多个参数的交互作用影响，包括硫化氢浓度、酸值、温度、材料特性和拉伸应力。（2）临氢使用在常温下，即使压力很高，气态氢也不容易渗透到钢中去。然而，但一般低碳钢在氢介质中使用温度高于220℃时，材料就会发生内部脱碳的倾向。这是因为氢气渗透到钢的内部，与碳生成甲烷产生脱碳。生成的甲烷气体集聚在晶界等空隙中就造成裂缝或气泡。（3）应力腐蚀裂纹（SCC）金属材料在特定介质中，受应力作用后经一定时间作用而引起的开裂。这是由于介质中有能引起应力腐蚀的成分，最常见的为氯化物。应力腐蚀敏感不仅与介质有关，还与特定的材料有关，低碳钢在含氯离

4、子介质中不会产生应力腐蚀开裂，而奥氏体不锈钢却极易在含氯离子介质中发生应力腐蚀开裂。因此，在奥氏体不锈钢容器进行水压试验时，要严格控制水中氯离子的含量。2、温度温度影响结构材料的性能，因此，是选材的一个十分重要的因素。材料的强度以及抗氧化性随着温度的升高而降低，因此，所有材料都有一个合适的最高使用温度，高于该温度，则材料不宜使用。高于某一温度时，材料会发生蠕变，即使低于屈服限，在该温度以上长期使用，材料也会产生永久变形，最终导致材料断裂或变形过大而失效。材料的延性及韧性随着温度的降低而降低。材料的韧性（特指冲击韧性）是确定材料低温使用的依据。往往要求一定强度水平的材料在某一低温使用

5、时必须具有相应的冲击韧性。材料从韧性状态转变为脆性状态的温度称为冷脆转变温度。要确定材料的冷脆转变温度一般来说也容易。当某一材料在某一低温时冲击韧性值（即夏比V型缺口冲击值）开始显著降低时，此温度即为冷脆转变温度。3、压力压力和设备的尺寸决定了所用材料的厚度。往往材料厚度增加，性能会降低，且加工不便，同时增加加工成本。因此，对于大直径、高压力的设备，往往选用高强度钢，可减小壁厚以降低总体成本。对于低压容器，由压力所计算出的厚度，往往小于保证结构稳定性所需的最小厚度，因此就没有必要采用高强度钢。4、流体速度流体的速度会产生冲蚀、磨蚀和汽蚀，在选材时应注意。流体含有固体颗粒会对冲蚀和磨

6、蚀产生显著影响。因此需像防止腐蚀一样给予一定的裕量或采取其他的防护措施。5、材料的相容性压力容器可由多种材料构成，在焊接时要注意它们的相容性，如电化学腐蚀。有电化学腐蚀的可能时，要采取控制措施，如阴极保护等。2、制造加工的工艺性能选择材料要注意其加工性能，如冷、热加工性能等，特别是焊接工艺性能要予以充分了解。3、货源一般材料可直接采购，但一些特殊材料的采购供应就有时间的约束。特别是一些多规格、小批量的材料在采购供应上涉及的不仅是时间和价格的问题。因此设计时要予以考虑，优先选用压力容器规范推荐的材料及国内标准中已有的材料，尽量采用国产材料。因此，压力容器壳体选材应充分考虑操作条件（如

7、设计压力、设计温度、介质特性和操作特点）、材料的焊接性能，冷热加工性能，热处理以及容器结构等条件。二、材料选择的经济合理性压力容器的设计还应当充分考虑到节能降耗原则，因此，在材料的选择时，还应考虑其经济合理性。一般情况下，下列规定是经济合理的。1、所需钢板厚度小于8mm时，在碳素钢与低合金高强度钢之间，宜采用碳素钢钢板（多层容器用材除外）。2、在刚度或结构设计为主的场合，宜选用普通碳素钢。在强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，依次选用Q235B、Q2