压力容器用材料
1.5压力容器受压元件使用钢材的使用温度上限
1.5.1钢材的使用温度上限(相应受压元件的最高设计温度) 为GB150.2-2011标准中许用应力表中
各钢号许用应力所对应的最高温度。
1.5.2碳素钢和碳锰钢钢材在高于425 'C温度下长期使用时，应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向。
1.5.3奥氏体型钢材的使用温度高于525 C时，钢中含碳量应不小于0.04%。
1.6压力容器受压元件使用钢材的使用温度下限
1.6.1钢材(奥氏体型钢材除外) 的使用温度下限(相应受压元件的最低设计温度) 按GB150.2-2011的有关规定。
1.6.2奥氏体型钢材的使用温度高于或等于-196 C时，可免做冲击试验，低于-196 C?-253 C,由设
计文件规定冲击试验要求。
1.6.3对用于低温低应力工况的钢材，其使用温度下限值按GB150.3附录E的规定。
1.7压力容器钢材的代用。
1.7.1钢材代用的原则
(1)不得变更原有设计。
(2)代用钢材性能优于原始设计钢材时，不得减少代用钢材的厚度；略差于原始设计钢材时，也不得任意增加代用的厚度，而应重新进行强度或刚度校核。
(3 )钢材代用应考虑与相邻钢材的兼容性，还要考虑由此引发的制造、检验等变化。
(4)中外钢材代用，代用材料应采用与原设计钢材相对照牌号的钢材，其技术要求不得低于原设计钢材(如S、P含量、冲击功指标、断后延长率等)，材料应经复验合格后才能使用(应复验化学成分和力学性能)。
(5 )钢材代用应事先征得原设计单位的书面批准，并在竣工图上做详细记录。
(1)钢板标准按GB/T3274-2007《碳素结构钢及低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》。钢板的化学成
分应符合GB/T700-2006《碳素结构钢》的规定，但钢板质量证明书中的磷、硫含量应符合P< 0.035% , S< 0.035%的要求。
(2)钢板应进行冲击试验和冷弯试验，试验结果应符合GB/T700的规定。
(3)容器设计压力小于 1.6MPa。
(4)钢板的使用温度：Q235B钢板为20 'C?300 C; Q235C钢板为0 'C?300 Co
(5)用于容器壳体的钢板厚度：Q235B和Q235C不大于16mm ;用于其它受压元件的钢板厚度：
Q235B 不大于30mm , Q235C 不大于40mm 。
(6)不得用于毒性程度为极度或高度危害的介质。
(7)Q245R可替代Q235C钢板。
2.2高合金钢板
2.2.1钢号及钢板标准
(1) 钢板标准按GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》。
2.3复合钢板
2.3.1不锈钢-钢复合板
(1)不锈钢-钢复合板的技术要求应符合NB/T47002.1-2009 的规定，对不计入强度计算的奥氏体型不锈钢覆材，可选用GB24511以外的国家标准中钢号，该覆材钢号的技术要求(如磷、硫含量，强度指标等)允许低于GB24511相应钢号的要求。
(2)复合界面的结合剪切强度应不小于210MPa。
(3)复合板均需进行100%超声检测，复层和基层间面积结合率分别为：B1板100% , B2板>98%, B3 板> 95%
(4)不锈钢-钢复合板的使用温度范围应同时符合基材和覆材使用温度范围的规定。
(5 )以锻件为基材时，应采用山级或W级锻件。
2.3.2镍-钢复合板
(1 )镍-钢复合板的技术要求应符合NB/T47002.2-2009 的规定。
(2)复合界面的结合剪切强度应不小于210MPa。
(3)复合板均需进行100%超声检测，复层和基层间面积结合率分别为：B1板100%，B2板>98%，B3
板 > 95%
(4 )镍-钢复合板的使用温度范围应同时符合基材和覆材的使用温度范围的规定。
(5 )以锻件为基材时，应采用山或W级锻件
压力容器的强度计算 本章重点要讲解内容： （1）理解内压容器设计时主要设计参数（容器内径、设计压力、设计温度、许用应力、焊缝系数等）的意义及其确定原则； （2）掌握五种厚度（计算壁厚、设计壁厚、名义壁厚、有效壁厚、最小壁厚）的概念、相互关系以及计算方法；能熟练地确定腐蚀裕度和钢板负偏差； （3）掌握内压圆筒的厚度设计； （4）掌握椭圆封头、锥形封头、半球形封头以及平板封头厚度的计算。 （5）熟悉内压容器强度校核的思路和过程。 第一节设计参数的确定 1、我国压力容器标准与适用范围 我国现执行GB150－98 “钢制压力容器”国家标准。该标准为规则设计，采用弹性失效准则和稳定失效准则，应用解析法进行应力计算，比较简便。 JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》，其允许采用高的设计强度，相同设计条件下，厚度可以相应地减少，重量减轻。其采用塑性失效准则、失稳失效准则和疲劳失效准则，计算比较复杂，和美国的ASME标准思路相似。 2、容器直径（diameter of vessel） 考虑压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要，容器筒体和封头的直径都有规定。对于用钢板卷制的筒体，以内径作为其公称直径。 表1 压力容器的公称直径（mm） 如果筒体是使用无缝钢管直接截取的，规定使用钢管的外径作为筒体的公称直径。 表2 无缝钢管制作筒体时容器的公称直径（mm）
3、设计压力（design pressure） （1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力） ?工作压力P W：在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 ①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立进行水压 试验的压力和卧置时不同； ②工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶 部的压力并不是其实际最高工作压力（the maximum allowable working pressure）。 ③标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。 ?设计压力指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条 件，其值不低于工作压力。 ①对最大工作压力小于0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为0.1Mpa； ②当容器上装有超压泄放装置时，应按“超压泄放装置”的计算方法规定。 ③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作条件下， 可能达到的最高金属温度确定。（详细内容，参考GB150-1998，附录B（标准的附 录），超压泄放装置。） ?计算压力P C是GB150-1998 新增加的内容，是指在相应设计温度下，用以确定元 件厚度的压力，其中包括液柱静压力，当静压力值小于5％的设计压力时，可略去 静压力。 ①注意与GB150-1989 对设计压力规定的区别； 《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最高工作压力。当容器受静压力值大于5％设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。 使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。 ②一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。 ③计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。 4、设计温度（Design temperature） 设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度。主要用于确定受压元件的材料选用、强度计算中材料的力学性能和许用应力，以及热应力计算时设计到的材料物理性能参数。 ●设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度； ●当设计温度在0℃以下时，不得高于元件金属可能达到的最低温度； ●当容器在各部分工作状态下有不同温度时，可分别设定每一部分的设计温度； 5、许用应力(Maximum allowable stress values) 许用应力是以材料的极限应力除以适当的安全系数，在设计温度下的许用应力的大小，直接决定容器的强度，GB150-1998 对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力。 表3 钢制压力容器中使用的钢材安全系数
第11章压力容器的强度计算 本章重点要讲解内容： （1）理解内压容器设计时主要设计参数（容器内径、设计压力、设计温度、许用应力、焊缝系数等）的意义及其确定原则； （2）掌握五种厚度（计算壁厚、设计壁厚、名义壁厚、有效壁厚、最小壁厚）的概念、相互关系以及计算方法；能熟练地确定腐蚀裕度和钢板负偏差； （3）掌握内压圆筒的厚度设计； （4）掌握椭圆封头、锥形封头、半球形封头以及平板封头厚度的计算。 （5）熟悉内压容器强度校核的思路和过程。 第一节设计参数的确定 1、我国压力容器标准与适用范围 我国现执行GB150－98 “钢制压力容器”国家标准。该标准为规则设计，采用弹性失效准则和稳定失效准则，应用解析法进行应力计算，比较简便。 JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》，其允许采用高的设计强度，相同设计条件下，厚度可以相应地减少，重量减轻。其采用塑性失效准则、失稳失效准则和疲劳失效准则，计算比较复杂，和美国的ASME标准思路相似。 2、容器直径（diameter of vessel） 考虑压制封头胎具的规格及标准件配套选用的需要，容器筒体和封头的直径都有规定。对于用钢板卷制的筒体，以内径作为其公称直径。 表1 压力容器的公称直径（mm） 如果筒体是使用无缝钢管直接截取的，规定使用钢管的外径作为筒体的公称直径。 表2 无缝钢管制作筒体时容器的公称直径（mm）
3、设计压力（design pressure） （1）相关的基本概念（除了特殊注明的，压力均指表压力） ?工作压力P W：在正常的工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 ①由于最大工作压力是容器顶部的压力，所以对于塔类直立容器，直立进行水压 试验的压力和卧置时不同； ②工作压力是根据工艺条件决定的，容器顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶 部的压力并不是其实际最高工作压力（the maximum allowable working pressure）。 ③标准中的最大工作压力，最高工作压力和工作压力概念相同。 ?设计压力指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条 件，其值不低于工作压力。 ①对最大工作压力小于0.1Mpa 的内压容器，设计压力取为0.1Mpa； ②当容器上装有超压泄放装置时，应按“超压泄放装置”的计算方法规定。 ③对于盛装液化气体的装置，在规定的充满系数范围内，设计压力由工作条件下， 可能达到的最高金属温度确定。（详细内容，参考GB150-1998，附录B（标准的附 录），超压泄放装置。） ?计算压力P C是GB150-1998 新增加的内容，是指在相应设计温度下，用以确定元 件厚度的压力，其中包括液柱静压力，当静压力值小于5％的设计压力时，可略去 静压力。 ①注意与GB150-1989 对设计压力规定的区别； 《钢制压力容器》规定设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算厚度的压力，亦是标注在铭牌上的设计压力，取略高或等于最高工作压力。当容器受静压力值大于5％设计压力时，应取设计压力与液柱静压力之和进行元件的厚度计算。 使许多设计人员误将设计压力和液柱静压力之和作为容器的设计压力。 ②一台设备的设计压力只有一个，但受压元件的计算压力在不同部位可能有所变化。 ③计算压力在压力容器总图的技术特性中不出现，只在计算书中出现。 4、设计温度（Design temperature） 设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度。主要用于确定受压元件的材料选用、强度计算中材料的力学性能和许用应力，以及热应力计算时设计到的材料物理性能参数。 ●设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度； ●当设计温度在0℃以下时，不得高于元件金属可能达到的最低温度； ●当容器在各部分工作状态下有不同温度时，可分别设定每一部分的设计温度； 5、许用应力(Maximum allowable stress values) 许用应力是以材料的极限应力除以适当的安全系数，在设计温度下的许用应力的大小，直接决定容器的强度，GB150-1998 对钢板、锻件、紧固件均规定了材料的许用应力。 表3 钢制压力容器中使用的钢材安全系数