合理选材是压力容器设计的关键

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1、2010年第11期广东化工第37卷总第211期www.gdchem.com·159·设计与装备合理选材是压力容器设计的关键何敏(广东省石油化工专用设备四会制造厂有限公司，广东四会526200)[摘要]文章从钢材的化学成份、力学性能、使用条件、制造工艺性能方面分析压力容器钢材的选用。[关键词]压力容器；设计；钢材[中图分类号]TH[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2010)11-0159-01SelectingofMaterialistheKeytoPressureVesselDesignHeMin(GuangdongPetr

2、ochemicalExclusiveEquipmentSihuiFactoryCo.,Ltd.,Sihui526200,China)Abstract:Thepaperanalyzesselectionofpressurevesselsteelfromchemicalcomposition,mechanicalproperty,usedconditionandpropertyofproducingtechnologymainly.Keywords:pressurevessel；design；steels压力容器属特种设备，它的工作环境往往面

3、临着高温、高判据包括抗拉强度Rm(MPa)、屈服强度ReL(MPa)、高温持久压、易燃、易爆和有毒介质，它们的安全至关重要，材料性能强度极限RD(MPa)、高温蠕变极限Rn(MPa)；塑性判据包括断对压力容器运行的安全性有显著的影响，选材不当，不仅会增后伸长率A(%)、断面收缩率Z(%)；韧性判据包括V型冲击吸加制造成本(压力容器材料费用占总成本的比例很大，一般超收能量KV2(J)、韧脆转变温度、断裂韧性等。过30%)，而且有可能导致压力容器破坏事故，故合理选用压在一般的压力容器设计中，材料的力学性能参数可从有关力容器钢材是设计的关键之一

4、。原则上，对压力容器钢材的基标准中查到，但这些数据仅为规定的必须保证值，实际使用的本要求是有较高的强度、良好的塑性、韧性、制造性能与介质材料是否满足要求，除要查看质量证明书外，有时还要对材料相容性，下面从钢材的化学成分、力学性能、使用条件、制造进行复验；必要时，还应模似使用环境进行测试拉伸试验和冲工艺性能等方面作进一步的分析。击试验，其目的是测量钢材的抗拉强度Rm、屈服强度ReL、断1化学成分后伸长率A、断面收缩率Z；和V型冲击功KV。材料的化学成份对机械性能和热处理有效大的影响，提高3使用条件碳含量可能使强度增加，但可焊性及塑性变差，焊

5、接时易在热压力容器的使用条件包括设计温度、设计压力、设计温度、影响区出现裂纹。硫与磷是钢中最主要的有害元素，硫能促进介质特性、工艺操作和气候环境等。材料选择主要由使用条件非金属夹杂物的形成，使塑性与韧性降低，磷能提高钢的强度，决定。例如，钛和钛合金用于压力容器受压元件时，应当符合但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将磷和硫等有害元素含以下要求：量降低，可提高钢材的韧性、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。(1)钛和钛合金的设计温度不高于315℃，钛—钢复合板所以用于焊接的碳素钢和低合金钢C≤0.25%、P≤0.035%、的设计温度不高于350℃；S

6、≤0.035%；压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢(钢板、(2)用于制造压力容器壳体的钛和钛合金在退火壮态下使钢管和钢锻件)，其磷、硫含量应当符合以下要求：用。对于高温、高压、含氢压力容器，材料必须满足高温下的(1)碳素钢和低合金钢钢材基本要求，P≤0.030%、S≤热强性、抗高温氧化性能、抗氢腐蚀及氢脆性能。0.020%；对于压力很高的容器，常选用高或超高强度钢，由于钢的(2)标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢才，P韧性往往随着强度的提高而降低，此时应特别注意强度和韧性≤0.025%、S≤0.015%；的搭配，在满足强度要求

7、的前提下，尽量采用韧性和塑性好的(3)用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限小于钢材。因为韧性和塑性好的高强度钢能降低脆性破坏的概率，540MPa的钢才，P≤0.025%、S≤0.012%；在承受交变载荷时，可将失效形式改变为未爆先漏，提高运行(4)用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限大于安全性。或者等于540MPa的钢才，P≤0.020%、S≤0.010%。介质有各种各样的特性，有的会使材料脆化，有的腐蚀性另外，在钢中加入钒、钛、铌等元素可提高钢的强度和韧强，有的易燃易爆，有的具有毒性，有的易分解。压力容器选性，化学成分对

8、热处理也有决定性的影响，如果对成分控制不材必须考虑与介质的相容性，避免产生应力腐蚀破裂的材料―严，就达不到预期的热处理效果。环境组合。为测定钢材的化学成分和金相组织，对比分析化学成分、4制造工