压力容器钢的特点以及用材要求

一、压力容器钢的特点

压力容器广泛用于能源、动力、轻工、军工等领域,而石油化工工业是最大的用户,大约占压力容器总数的80%以上,如反应器、塔器、冷换设备、变换器、储罐等。它们的工艺过程复杂、多变、条件苛刻。为了能适应工艺和设备的要求,压力容器用材要能承受高温、高压、真空低温、交变载荷等的作用,还要具备在各种腐蚀介质环境下长期运行的性能。

由于工艺条件千差万别,压力容器用材品种繁多,涉及面广,特殊材料用量较大。如丙烯睛装置耗用的不锈钢几乎要占碳钢的一半,聚酯装置的不锈钢用量占装置用材的50%。但是压力容器用材目前仍以钢材为主,少量的使用非金属材料。随着科学技术的发展,压力容器应用领域不断拓宽,有色金属材料在特殊结构压力容器中的应用日渐增多。

二、压力容器钢用材要求

压力容器选用的材料有非金属材料、金属材料和金属基体加非金属内衬的材料3类。而金属材料制造的压力容器占主导地位,其中钢制压力容器又占绝大多数。

(一)压力容器用钢材的性能要求

1满意的强度指标材料的抗拉强度,和屈强比是压力容器安全性和经济性的关键一般控制屈强比在0.6~0.8范围内。高温运行的压力容器,按规定需要用高温性能数据进行设计。钢材的使用温度上、下限须按 GB150-2010钢制压力容器的规定执行

2.良好的韧性,塑性性能国内外大量的破坏事故表明,只有具备足够的韧性,压力容器才能在复杂载荷下正常运行。因此要求压力容器用钢材(钢板、钢管、锻件等)强韧配合恰当缺口敏感性小。这点是压力容器用钢材与一般结构用钢材的主要区别,美国ASME规范也反应了类似特点。对低温压力容器用钢材的韧性,有更为严格的要求。

材料的良好塑性,可以缓和由应力集中所引起的脆性断裂,在缓减压力,温度波动、意外冲击载荷对设备的影响方面有很好的作用。此外钢材的塑性还直接影响制造工艺,低下的塑性有时给制造带来不必要的麻烦。

3.合理的成分和组织钢材的化学成分和内部组织直接关系到力学性能和工艺性能固定式压力容器安全技术监察规程中规定,用于焊接结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢,其碳含量(含量均指质量分数,下同)不应大于0.25%。压力容器专用钢材的磷含

量不应大于0.025%,硫含量不应大于0.015%。为了保证材料具有良好的可焊性和加工工艺性,一般控制其碳当量,此外还要求材料的低倍组织,减少非金属夹杂和分层等冶金缺陷。

4、满足耐腐蚀性能金属材料的耐腐蚀性能(指均匀腐蚀),通常按三级标准评定,如图所示,可知材料的均匀腐蚀速率,是区分其在某一腐蚀介质中行为的依据。

常见的局部腐蚀破坏类型有点蚀晶间腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀等,在选用材料时必需予以足够的重视。

5、良好的工艺性和经济性压力容器用钢材应具有良好的加工工艺性能,使制造过程方便可行。特别是焊接容器用钢的焊接工艺性十分重要,甚至有的提出了控制钢材碳当量和裂纹敏感指数等可焊性评价要求。

以上提出的性能要求,最终都应反映到经济成本上来,总的原则是:在满足压力容器安全可靠的前题下,选用符合国情-立足国内的钢材品种,达到技术和经济指标的合理。

(二)压力容器用其他材料的要求

除了钢材之外,还有铸铁及有色金属等材料在压力容器中应用,但是数量都很少,无法与钢材相提并论。它们在压力容器中的使用范围、温度限制、安全系数等,都在《固定式压力容器安全技术监察规程》中有明确规定。