一、钢材的机械性能
材料在外力作用下表现出来的特性叫作材料的机械性能，也称为力学性能。钢材的重要机械性能指标有:
1.强度—物体在外力作用下，抵抗产生塑性变形和断裂的特性。常用的特性指标有屈服极限(CT s)和强度极限(ab)，系由拉伸试验获得。
(1)屈服极限材料承受载荷时，当载荷不再增加而仍继续发生塑性变形的现象叫做“屈服”。开始发生屈服现象’(即开始出现塑性变形)时的应力叫做“屈服极限”或“屈服点”。工程上取试样发生0.2 %残余变形时的应力值作为条件屈服极限，通常称为屈服强度(Uo.z).在拉伸试验中，屈服强度是试样在拉伸过程中标距部分残余伸长达到原标距长度的0.2帕时的负荷除以原横截面积的商，单位为MPa.一般说来，材料是不允许在超过其Idl服点的载荷条件下工作的。
(2)强度极限材料抵抗外力破坏作用的最大能力称为强度极限。钢材的强度极限是试样在拉断前所承受的最大应力即抗拉强度(Sb)，单位为IvIPa,
工程上希望金属材料不仅具有较高的。。，而且具有一定的屈强比(a S(Q b ) o屈强比愈小，结构零件的可靠性愈高。但屈强比太小，则材料的有效利用率太低。因此，一般希望屈强比高一些，碳素钢为0.6左右，低合金高强度钢为0.65~0.75，合金结构钢为。.85左右。
2.塑性—指材料在外力作用一下产生塑性变形而不破坏的能力，用延伸率(6)及断面收缩率(冲)来表示，其数值由拉伸试验获得。
延伸率以试样拉断后的总伸长与原始长度的比值百分率来度量，其数值与试样尺寸有关.为了便于比较，必须采用标准试样，规定试样的原始长度与原始直径的比例关系。8。或6,。表示试样计算长度为其直径的5或10倍时的延伸率(b,。小于Ss)。
断面收缩率以试样拉断后断面积的缩小量与原始截面积之比值的百分率来度量。
塑性良好的材料可以顺利地进行某些成型工艺，如冷冲压、冷弯曲等。其次，良好的塑性可使零件在使用过程中万一超载也不致突然断裂。压力容器的主要零部件都是承压的，无论从制造工艺或安全使用来说，都希望有良好的塑性。
3.硬度—指金属材料抵抗压入物压陷的能力，也可以说是材料对局部塑性变形的抗力。一般说来，材料的硬度越高，耐磨性能越好，硬度与强度之间也有一定的关系。生产中常用测定硬度的方法来估算材料的Jx度，也常用测定焊接热影响区硬度的方法来确定其淬硬的程度.常用的硬度指标为布氏硬度(HB)、洛氏C硬度(HRC)和维氏硬度(HV)，其数值可互相换算。
4.冲击韧性—材料受外加冲击负荷.A6.
断裂时所消耗的能量，即冲击试样所消耗的
功除以试件缺口处断面积的商，单位为M7/
m么.
冲击韧性是材料各项机械性能指标中对材料的化学成份、冶金质量、组织状态及内部缺陷等比较敏感的一个质量指标，也是衡
量材料脆性转变和断裂特性的重要指标.所以，对压力容器用钢来说，冲击韧性是一项重要的
性能数据。标明含量.钢中的钒、吸、铝、妮、硼、稀
二、国产常用压力容器用钢
压力容器用钢的性能必需与压力容器的使用条件(压力、温度、内装介质的性质等)相适应.另外，在容器制造过程中，钢板必须经受冷热加工成型和焊接。因此，钢材除应具有必要的机械性能外，还应具有良好的工艺性能.由于不同类型压力容器的使用条件差别很大，因此要求有各种不同性能的钢种。例如，在一般条件下使用的碳钢和低合金高强度钢;在高温条件下便用的合金结构钢;在低温条件下使用的低温钢(-201C以下);与氢、氮、氨混合介质接触，温度超过350℃时使用的抗氢氮钢;盛装硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、硝酸、尿素等腐蚀性介质的容器，应采用性能与所装介质适应的不锈耐酸钢。
当前，国产压力容器用钢的品种还相当贫乏。现将儿种常用钢种的性能特点及其应用简介如下。
1.碳钢
碳钢是指含碳量小于 2.06%的铁碳合金。由于碳钢的价格低廉，工艺性能良好，因而广泛用于制造压力容器。常用的有ASV, A3, A3R, 20g等。
A,F主要用于不承受负荷的内部构件以343MPa ( 35kgUmm2)级，具有良好的
及设计压力、设计温度较低的压力容器.例综合机械性能和工艺性能，尤其中温(450'C
如，A,F制作的大型容器如年产30万t合成氨以下)及低温(-401C以上)机械性能比低
装置中的二段转化炉水夹套，其直径为4120碳钢好，但缺口敏感性比碳钢大;在有缺口mm,壁厚8 mm，设计压加.098MPa，最存在时，疲劳强度低于AS,易产生裂纹。
高操作温度100 C, 16Mn和16MnR的应用极为广泛，用16AZnR
A。钢的使用温度为。^-400 C，许用压制作的大型容器有:年产30万t合成抓装置
力不超过1.6MPa; ASR的使用温度为一20中的二氧化碳吸收塔、第二氨分离器，冶金
-4761C，许用压力不限.AaR在压力容器工业用贮氧球罐，石化工业用丁烯、丁二烯
制造中应用很广，典型产品如直径4270 m m、的球罐等.
壁厚10-19mm ,高49m的二氧化碳再生塔，(2 ) 15MnVI;其屈服强度为392MPa
其设计压力为0.17NIPa，设计壁温149 C . ( 40kgf/mm`)级，使用温度为一20,C -
A3R也用于制造球形容器，如直径1230 mm 500 C，综合机械性能良好，但塑性和低
(容积1000m3 )、壁厚241n m、设计压力温冲击韧性较16Mn低，且波动较大，焊接
0.78MPa的城市煤气储罐等.锅炉钢板20g性能良好，用以制造的大型容器有直径2800
的使用范围与A3R相同.mm,壁厚30mm的水洗塔等。目前运行中
2.低合金高强度钢的球罐有相当数量是采用15MnVR制造的，
低合金高强度钢是一种低碳结构钢，其设计压力1.6 ^-2.9MPa，直径4600- 12300
合金含量较少，但强度(尤其是s)都比同mm,壁厚14-40mm，介质有液化石油气、
等含碳量的碳钢高得多，并且一般都具有良氧、氮、氨、液氨等.
好的焊接性能和耐腐蚀性能，具有优良的塑(3)15MnVNR其屈服强度为4护
性，比普通碳素钢有更低的脆性转变温度.MPa ( 45kgf/mmz)级，它在冶金工业的
采用低合金高强度钢代替碳钢，在载荷相同氧气球罐上应用较多，其直径为9200mm,
的条件下，结构重量可减轻20^30帕，不仅壁厚36mm，设计压力为2.94MPa。此外，
可以大大降低容器制造成本，而且设备更加曾用于压力1.57MPa、容量loom 3的大型液
安全、耐用.因此，在50至60年代，低合金氨罐车等.
高强度钢用于压力容器的研究与使用发展很(4 ) 18MnMoN b1-为屈服强度490
快.但是，低合金高强度钢对加工工艺，特MPa(50kgf/mmZ)级的低合金高强度钢，
别是焊接工艺的要求较碳钢要严格得多.用于中温压力容器。其综合机械性能和焊接用于压力容器制造的低合金高强度钢，性能良好.用以制造的典型容器有:年产30
其屈服强度范围为294-- 686MPa(30“70万t合成氨装置中直径 3200 mm ,壁厚150
kgf/mm2)，通常按强度等级分类，例如，(50x3层热套)mm、设计压力15.2MPa,
35, 40, 45, 50, 70kgf/mm;级等等.常设计温度2001C、总重300t的大型氨合成塔，
三、压力容器用钢的基本要求
压力容器用钢板比一般钢板的要求更严，主要体现在，对化学成分的控制较严，抽样检验率较高，力学性能检验中增加了冲击值的要求。
基本要求：较高的强度，良好的塑性，韧性，制造性能，以及与介质的相容性。
（1）化学成分
含C量≤0.25% ,C含量高，使强度增加，可焊性变差，加入V，T i，Nb可提高强度和韧性
S.P有害元素,S—降低塑性和韧性,P—增加脆性（低温脆性）
压力容器用钢，S.P含量<0.02%，0.03%
因为硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆性性能和耐腐蚀性能。因此要严格控制S P的含量
（2）力学性能
力学性能主要指：强度、韧性和塑性变形能力
力学性能不仅与钢材的化学成分，组织结构有关且与所处的应力状态和环境有关。
强度判据：σs，σb，持久极限（强度）σD，蠕变极限σn和疲劳极限σ-1
塑性判据：延伸率δ5，断面收缩率ψ
韧性判据：冲击吸收力AKV，韧脆转变温度，断裂性
设计时，力学性能判据可从相关规范标准中查到，实际使用时，除要查看质量证明书外，有时还要对材料进行试验。（拉伸，冲击）
（3）制造工艺性能
δ应在15～20%以上。
制造中冷加工，要求钢材有良好冷加工成型性能和塑性，延伸率
5
良好可焊性是一项重要指标
可焊性主要取决于化学成分，影响最大是含碳量,各种合金之素对可焊性度有不同程度的影响，常用碳当量Ceg 表示，国际焊接学会推荐公式：
Ceg =+C 5
156V Mo Cr Cu Ni Mn +++++ 元素符号表示该元素在钢中的百分含量 一般认为：Ceg <0.4%可焊性优良，Ceg >0.6%可焊性差，我国对此尚无规定。
四、压力容器选材料应综合考虑的因素
（1）压力容器的使用条件
使用条件包括设计温度、设计压力、介质特点、操作特点。
（a ）设计温度
Q235系列不适用于0℃以下
15CrMoR,12CrlMoV 抗氢钢，适于高温，高压临氢的压力容器。
（b ）设计压力
压力很高容器，选用高强度钢或超高强度钢，由于钢的韧性随强有力度提高而降低，须注意二者的匹配在满足强度要求前提下，尽量采用塑性韧性好的材料。
（c ）介质
选材应考虑与介质的相容性碳素钢用于腐蚀性不强的常压，低压容器，壁厚不大，中压容器。低合金高强度钢用于腐蚀性不强,壁厚较大（38mm ）的受压容器。珠光体耐热钢用作抗高温氢或硫化氢腐蚀或设计温度为350～650℃的压力容器用耐热钢。不锈钢用于腐蚀性较强，或设计温度>500℃（<-100℃）的耐热或低温用钢。
（2）零件的功能和制造工艺
功能：筒体，封头承压空间与介质接触选择与介质相容的承压钢板。
支座：不承压，不接触介质,
除与容器接触垫板外，可选用普通碳素钢,
制造工艺：从保证制造质量,方便制造,选材料。
沸腾钢（Q235-A.F ）搪玻璃效果比镇静钢（Q235-A ）好。
（3）材料的使用经验
对已有成功使用经验，要清楚其化学成分的控制要求，载荷作用下应力状态；操作规程和最长使用时间。
对不成功的，根据失效原因，采取相应的措施。
（4）材料价格
相同规格的价格，不锈钢>低合金钢>碳素钢。需较厚不锈钢时，尽量采用复合材料衬里。堆焊或多层结构。
（5）规范标准
压力容器用钢有其特殊要求，使用温度的上，下限使用条件均应满足规范标准要求。
对国外材料，应符合国外有关规范标准并应有成功使用经验。
五、影响压力容器钢材性能的环境因素
压力容器除受到包括介质压力在内的各种载荷作用外，其工作环境对材料的性能也有着不可低估的影响，有时这种影响甚至超出了介质的影响。即使材料的成分相同，组织结构相同，韧性指标（如
K、C）也相同，但如果外部环境不同，则材料的实际性能也有很大的差1
异。环境的影响因素很多，如：温度的高低波动，载荷的波动，介质的性质，加载的速度等。这些影响往往不是单独存在，而是同时存在交叉影响，甚至难以区分属哪一类。
（1）温度
有的压力容器长期在高温下工作（热壁加氢反应器）有的压力容器长期在低温下工作（液氧，液氨贮罐）材料在高温或低温下的性能与常温下并不相同
1.短期静载下，温度对钢材力学性能的影响
在高温下，温度对低碳钢力学性能的影响如图
温度较高时，仅仅根据常温下材料抗拉强度和屈服点来决定许用应力是不够的，一般还应考虑设计温度下材料的屈服点。温度下降,碳钢，低合金钢强度上升,韧性下降韧脆性转变温度（脆性转变温度）
当温度低于某一界限时，钢的冲击功大幅度下降，从韧性状态变为脆性状态的温度2.高温，长期静载下钢材性能
高温下材料的强度等性能除随温度的升高而改变外，还和时间有关.
蠕变现象：在高温和恒定载荷作用下，金属材料会产生随时间而发展的塑性变形，这种现象称蠕变(Creep)现象。
蠕变温度：碳素钢超过420℃
低合金钢400~500℃
危害：使材料产生蠕变脆化，应力松驰，蠕变变形和蠕变断裂。
a.蠕变曲线
温度和应力一定时，金属材料的应变与时间的关系可用蠕变曲线图来表示。
典型的蠕变曲线可分为三个阶段。
减速蠕变（ab）:蠕变的不稳定阶段，蠕变的随时间增长而逐渐降低。
恒速蠕变（bc）
加速蠕变(cd):材料以接近恒定的蠕变速度进行变形。
在这阶段蠕变速率不断增加，直至断裂
同一材料在不同应力，不同温度下蠕变曲线形状并不相同。应力小,温度低，第二阶段时间会很长，反之则很短，甚至没有
b.蠕变极限，持久强度
在高温下长期服役的压力容器的材料性能指标采用蠕变极限和持久强度。
蠕变极限是高温长期载荷作用下，材料对变形的抗力，其定义为105小时后材料应变限制在1%以内，其应变速率为 =10-7时的应力。
蠕变极限以考虑变形为主。
持久强度也是反映材料高温性能的重要指标，主要考虑材料在高温长期作用下的破坏抗力。
在给定温度下，一定时间后产生蠕变断裂的应力称为该时间内的持久强度。
c.松弛
在高温和应力作用下，随着时间的增长，因蠕变而逐渐增加的塑性变形将逐步取代原来的弹性变形从而使零件内的应力逐渐降低，这种现像称松驰。如高压螺栓。
3.温下材料性能的劣化 deterioration
常温下，钢状的金相组织和力学性能一般都相对稳定，不随时间而变化。
但在高温下，金相组织和力学性能发生变化，材料性能劣化除蠕变脆化外
a.珠光体球化 pearlite spheroidising
压力容器的碳素钢和低合金钢，常温下组织为铁素体+珠光体，其片状珠光体在温度较高时，逐渐转变成球状，再积聚成球团，使材料的屈服点抗拉强度，冲击韧性，蠕变极限，持久极限下降，这种现象称为珠光体球化。
修复：加热，保温，再冷却
b.石墨化 graphite
钢材在高温，应力长期作用下，珠光体内渗碳体自行分解出石墨的现象。
危害：相当于金属内形成空穴，使金属发生脆化，强度和塑性降低，冲击韧性下降很多。
，V等。
防止：在钢中加入与碳化合能力强的合金元素如Cr，T
i
c.回火脆性 tempering brittlement
12CrlMoV等铬钼钢，长期在325-575℃下使用，或者在此温度范围缓慢冷却，使韧脆转变温度升高，冲击韧性下降的现象称回火脆性。
防止：严格控制微量杂质元素的含量（P，Sb，Sn，S i--）使设备升、降温速度尽量缓慢。
d.氢腐蚀和氢脆 hydrogen corrosion and embrittlement
①氢腐蚀：高温高压下氢与钢中的碳形成甲烷的化学反应，也称氢蚀。
生成的甲烷不能扩散出去，聚集在晶界上形成压力很高的气泡，气泡扩大和相互连接从而在晶界上形成裂纹。
条件：碳素钢在200℃以上的高压氢环境中才会发生氢腐蚀。
防止：加入Cr，V，T i，W等能形成稳定碳化物，从而提高抗氢腐蚀的能力。
②氢脆
钢因吸收氢而导致韧性下降的现象。
机理：高温高压下，氢以原子形式渗入到钢中被钢的基体所溶解吸收，当容器冷却后，氢的溶解度降低，形成分子氢的集聚，造成氢脆。
防止：停车时，应先降压，保温消氢（200℃以上），再降至常温，不可先降温后降压。
e.其它
中子辐照：核反应堆，中子辐照影响，使材料冲击韧性下降，韧脆转变温度上升。
高温下合金元素不断脱溶（Cr，Mo，Mn）使材料高温强度下降
高温：高于蠕变起始温度
蠕变温度：Tc>(0.25－0.35)Tm
Tm：金属材料的熔点
Tc：碳钢>350℃
低合金钢>400－450℃
耐热合金钢>600℃
高温反应炉炉管，表面温度达1000℃压力3.5Mpa，材料劣化现象有:
①晶界氧化：热应力大，易使表面氧化膜破裂，促进晶界氧化
②渗碳：耐热钢长期在高温下使用，铬的氧化膜逐步长大，由于膨胀系数与基体合金差别大，随着温度波动，产生裂纹，基体中贫络，氧化膜再生固难，从而加速渗c。
（2）介质
介质可能引起材料腐蚀，组织性能的改变。
1.腐蚀概述 Corrosion
按腐蚀机理，可分为两大类
a.电化学腐蚀
金属在电解质中，由于各部位电位不同，形成微电池，在电子交换过程中产生电流，作为负级的金属被逐渐溶解的一种腐蚀。
如碳素钢在水或潮湿环境中的腐蚀。
b.化学腐蚀
金属在介质中直接发生化学反应的腐蚀
按腐蚀的形成，也可分为两大类
a.全面腐蚀
与腐蚀介质直接接触的全部或大部分金属表面发生比较均匀的大面积腐蚀。
危害：厚度变薄，强度不足，发生膨胀以至爆破。
防止：选用耐腐蚀材料，衬里或堆焊。
b.局部腐蚀
集中在金属表面局部区域的腐蚀
常见形式有;
①晶间腐蚀 intergranular corrosion
腐蚀沿晶粒边界和邻近区域产生和发展，而晶粒本身腐蚀很轻微。
危害很大，不易被察觉。
腐蚀环境，电解质溶液，过热水，蒸汽，高温水和熔融金属等。
防止：在奥氏体不锈钢中加入稳定化之素（T i，V）或采用超低C不锈钢（OOCr18N i9）
②小孔腐蚀（孔蚀，点蚀） pitting
在金属表面产生针状，点状，小孔状局部腐蚀。产生：卤素离子，氯化物，溴化物静滞的液体中。
防止：提高流速，增加Mo降低介质中CI.I含量
③缝隙腐蚀 crevice corrosion
缝隙中积存静止介质或沉淀物引起的腐蚀。
避免：避免或减少缝隙形成。
介质的流动死角（区）使液体排净,胀焊并用，减少管子与管板间缝隙。
2.应力腐蚀 Stress Corrosion
在拉伸应力和特定腐蚀介质的共同作用下，导致材料开裂或早期破坏
断裂前往往无明显塑性变形，危险性很大
特点①拉应力大于临界值
②特定合金和介质的组合
如：氯化物溶液中，面心立方晶体(face-centered cubic)的奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀，而体心立方晶体(body-centered cubic)的铁素体不锈钢不容易发生。
常见的应力腐蚀
防止：合理选择材料，H
2S采用抗H
2
S的钢，如12Cr2MoAlV减少或消除残余应力，焊后
消除应力热处理。改善介质条件，减少有害离子成分，添加缓性剂（吸附在金属表面上）涂层保护。
合理设计结构，避免缝隙。
（3）加载速率
用应力速率（Pa/s）或应变速率（S-1）表示。
应变速率在10-4～10-1 S-1的范围材料力学性能无明显变化，应变速率在10-4 S-1以上，有显著影响。
原因：加载速度较高，材料无充分时间产生滑移变形，使材料继续处于一种弹性状态，使 s随之增大而塑性和韧性下降，脆性断裂倾向增加。
六、我国钢铁生产概况
钢铁是我国国民经济建设中的三大原材料之一（钢铁、木材、水泥）。原材料是影响国家基本建设规模、工业发展速度的重要因素，钢铁又是三大原材料中最重要的一项。经过五十几年的建设，我国的钢铁工业取得了巨大的成就，有力地支援了国民经济各部门的发展。进入新世纪以来，我国粗钢产量和钢材消费量的增长速度大大高于全球平均水平，占世界份额大幅提高。工业和信息化部部长李毅中12日在大连召开的全国钢铁工业座谈会上表示,由于钢铁产能释放过快,预计今年我国钢产量将达6.2亿至6.3亿吨,再创历史新高。李毅中说,今年以来,钢铁产能释放过快。前5个月产钢2.69亿吨,同比增长23.8%。6月份以来,虽然日均单产有所下降,但预计全年钢产量会在去年创纪录的5.68亿吨基础上增加10%左右,再创历史新高。李毅中说,过快的产能释放,超过了需求的增长,加大了国内市场压力。在国家出台房地产市场调控政策后,钢材消费需求也出现下降.
近年来，随着我国发展阶段和经济结构的变化，钢材消费结构发生了很大变化，与之相适应，我国钢铁产品生产结构也有明显改变。板带材比重呈持续增加趋势，长材比重则持续下降。尤其是近五年来，由于钢铁新建项目以板带材为主，板带材产量一直保持较高增长速度，板带比明显提高。据有关部门对机械行业、造船工业、轻工行业、石化行业的工业部门的调查，这些行业今后几年内会有较快增长，以及加入世界贸易组织后，相关产品出口也会增加。因此，中厚钢板也是需求增加较多的品种之一。今后数年内，全国中后板需求量在2000
万吨以内，但是，我国中厚板的增产能力较大，目前仍、处于限产状态，总体市场仍然供大于求，价格即使上扬，幅度也不会很大。
小结
材料是构成设备的物质基础，学习过程设备设计必须掌握材料知识。合理选材是压力容器设计的基本任务之一。通过对压力容器材料及环境和时间对其性能的影响的学习，我们了解材料性能，制造工艺、使用环境和时间对材料性能的影响规律。所以在实际使用时我们要加强学习，多收集相关资料及经验，掌握压力容器选材知识，从而保证压力容器在全寿命周期内安全可靠地运行，为以后的压力容器设计打下宝贵基础。
压力容器用 钢 、钢材的机械性能材料在外力作用下表现出来的特性叫作材料的机械性 能，也称为力学性能。钢材的重要机械性能指标有: 1. 强度—物体在外力作用下， 抵抗产生塑性变形和断裂的特性。常用的特性指标有屈服极限CT s和强度极限ab，系由拉伸试验获得。1屈服极限材料承受载荷时，当载荷不再增加而仍继续 发生塑性变形的现象叫做“屈服”。开始发生屈服现象'即开始出现塑性变形时的 应力叫做“屈服极限”或“屈服点”。工程上取试样发生0.2 残余变形时的应力 值作为条件屈服极限，通常称为屈服强度Uo.z. 在拉伸试验中，屈服强度是试样在 拉伸过程中标距部分残余伸长达到原标距长度的0.2 帕时的负荷除以原横截面积 的商，单位为MPa. —般说来，材料是不允许在超过其Idl服点的载荷条件下工作 的。2 强度极限材料抵抗外力破坏作用的最大能力称为强度极限。钢材的强度极 限是试样在拉断前所承受的最大应力即抗拉强度Sb,单位为IvIPa 。工程上希 望金属材料不仅具有较高的。，而且具有一定的屈强比a SQ b o 屈强比愈小，结 构零件的可靠性愈高。但屈强比太小，则材料的有效利用率太低。因此，一般希望 屈强比高一些，碳素钢为0.6 左右，低合金高强度钢为0.650.75 ，合金结构钢 为。.85 左右。2. 塑性—指材料在外力作用一下产生塑性变形而不破坏的能力， 用延伸率6及断面收缩率冲来表示，其数值由拉伸试验获得。延伸率以试样拉断 后的总伸长与原始长度的比值百分率来度量，其数值与试样尺寸有关. 为了便于 比 较，必须采用标准试样，规定试样的原始长度与原始直径的比例关系。8。或6 。表示试样计算长度为其直径的5或10倍时的延伸率b。小于Ss。断面收缩率以试样拉断后断面积的缩小量与原始截面积之比值的百分率来度量。塑性良好的材料可以顺利地进行某些成型工艺，如冷冲压、冷弯曲等。其次，良好的塑性可使 零件在使用过程中万一超载也不致突然断裂。压力容器的主要零部件都是承压的，
关于锅炉及压力容器常用钢材 1. 锅炉及压力容器对钢材性能的要求 按工作条件分为两大类： 一、用以制造室温及中温承压元件的钢板与钢管 具有特点： 1 有较高的室温强度 通常以屈服极限σs和强度极限σb为设计依据，要求有较大的σs和σb良好的韧性性能 材料需具有足够的韧性防止脆性断裂，在考虑强度的同时也不能忽略韧性，(1) 材料的韧性通常用冲击韧性值αk表示。 压力容器用钢的冲击韧性要求 冲击韧性值αk(N·m/cm2) 20℃ -40℃ (2)还需要考虑时效韧性 时效就是钢材经冷加工变形后，在室温或较高温度下，冲击韧性随时间变化。通常在200-300℃，冲击韧性值显著降低。一般要求下降率不超过50%。 由于容器断裂过程包括在缺陷处形成裂纹和裂纹扩散两个阶段，相应两种防止断裂方法 (1)选用具有足够韧性的钢材以防止裂纹产生，要求如上表所示 (2)选用韧性更高的材料，以求在裂纹产生后能够阻止裂纹扩展。(要求温度比无塑性转变温度NPT高一定数值，例如元件的设计应力为屈服极限σs一半时，要高17℃ 3 较低的缺口敏感性 制造过程中，开孔和焊接会产生局部应力集中，要求材料有较低的缺口敏感性，以防止产生裂纹 4 良好的加工工艺性能和焊接性能 由于焊接热循环作用，会 (1)降低热影响区材料的韧性、塑性 (2)在焊缝内产生各种缺陷 其中(1)、(2) 均会产生裂纹 在选材料时需考虑 >=60 >=35 (1)材料中碳的当量值(保证材料具有较好的可焊性) (2)适当的焊接材料和焊接工艺 (3)材料具有良好的塑性(碳钢和碳锰钢δs不低于16%，合金钢δs不低于14%) (4)良好的低倍组织 (5)钢材的分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能减少(防止裂纹的产生)
文件编号： 10-54-9A -A9-3E 整理人 尼克 压力容器常用钢材
金属材料的基本知识 1、有关材料力学（机械）性能名词 1.1极限强度：材料抵抗外力破坏作用的最大能力，叫做极限强度；分：抗拉强度，抗压强度，抗弯强度，抗剪强度，单位是兆帕。 1.2屈服点，屈服强度，单位是兆帕。 1.3弹性极限：材料在受到外力到某一极限时，若除去此外力，则变形即恢复原状，材料抵抗这一外力的能力。 1.4延伸率：材料受拉力作用断裂时，伸长的长度与原有长度的比值。 1.5断面收缩率：材料受拉力作用断裂时，断面缩小的面积与原有断面面积的比值。 1.6硬度：材料抵抗硬的物体压入表面的能力。一般是用一定负荷把一定直径的淬硬钢球压材料表面，保持规定时间后卸除载荷，测量材料表面的压痕，按公式用压痕面积除以负荷所得的商。依据测量方法的不同，有布氏硬度HB，洛氏硬度HR，表面洛氏硬度，维氏硬度HV。 2、金属材料分类 2.1 按组分分：纯金属和合金， 2.2 按实用分：黑色金属（铁和铁合金），有色金属（指铜，锡，锰，铅，铝等）
3、钢铁 3.1钢的定义：是指碳含量低于2％的一种铁碳合金，当然，其中还含有一定量的硅、锰、磷、硫等元素。 铁的定义：是指碳含量高于2％的一种铁碳合金。含碳量小于0.04％为工业纯铁。 3.2 钢的分类 3.2.1按化学成分分：碳素钢（除铁外，含有少量的硅、锰、硫、磷）；合金钢（钢中加入了一些如铬，镍、钼、钨、钒等元素） 3.2.2按含碳量分：低碳钢（含碳量＜0.25%）；中碳钢（含碳量0.25~0.6%）；高碳钢（含碳量＞0.6%）。 3.2.3 按质量分：主要是控制钢中含硫、含磷量； 普通钢（S不超过0.050％，P不超过0.045％）， 优质钢（S不超过0.035％，P不超过0.035％）， 高级优质钢（S不超过0.025％，P不超过0.030％）， 特级质量钢（S不超过0.015％，P不超过0.025％）。 3.2.4 按用途分：结构钢（建筑、机器零件）， 工具钢（工具、模具、量具）， 特殊用途（如不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等），
压力容器用钢的基本要求 组别：3 组员： 陈鑫李福安王曦 安全可靠性是压力容器最重要的质量特性，并且与其自身的选材有着密切的关系。为保障压力容器的安全性，压力容器用钢必须满足的基本要求是：压力容器用钢要具有较高的强度，良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性。压力容器用钢是否满足要求，可以从以下几个方面进行分析。
一、化学成分 钢材的化学成分对其性能和热处理有较大的影响。对于用于制造压力容器的钢材必须控制其各化学成分的含量。 钢中常见化学元素对钢性能的影响： 1、碳（C）:钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低。当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25%。 2、硅（Si）:在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂。如果钢中含硅量超过 0.50-0.60%，硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0 - 1.2%的硅，强度可提高15- 20%硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1-4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加， 会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn:在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30 — 0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能， 如16Mn钢比A3屈服点高40%锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）:在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接 性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%, 优质钢要求更低些。 5、硫（S）:硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延 展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%,优质钢要求小于0.040%。在钢中加入 0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 与一般结构钢相比，压力容器用钢对硫、磷、氢等有害杂质元素含量的控制更加严格。例如，中国压力容器用钢的硫和磷含量分别应低于0.020%和0.030%。随着冶炼水平的提高，目前已可将硫的含量控制在0.002%以内。 6、铬（Cr）:在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但 同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐 热钢的重要合金元素。 7、镍（Ni）:镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼（Mo）:钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持 足够的强度和抗蠕变能力（长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变）。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。 9、钛（Ti）:钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力； 降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适 当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V):钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W):钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。
压力容器常用材料的 基本知识
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。
1. 锅炉及压力容器对钢材性能的要求 按工作条件分为两大类： 一、用以制造室温及中温承压元件的钢板与钢管 具有特点： 1 有较高的室温强度 通常以屈服极限σs和强度极限σb为设计依据，要求有较大的σs和σb良好的韧性性能 材料需具有足够的韧性防止脆性断裂，在考虑强度的同时也不能忽略韧性， (1) 材料的韧性通常用冲击韧性值αk表示。 压力容器用钢的冲击韧性要求 冲击韧性值αk(N·m/cm2) 20℃-40℃>=60 >=35 (2)还需要考虑时效韧性 时效就是钢材经冷加工变形后，在室温或较高温度下，冲击韧性随时间变化。通常在200-300℃，冲击韧性值显著降低。一般要求下降率不超过50%。 由于容器断裂过程包括在缺陷处形成裂纹和裂纹扩散两个阶段，相应两种防止断裂方法 (1)选用具有足够韧性的钢材以防止裂纹产生，要求如上表所示 (2)选用韧性更高的材料，以求在裂纹产生后能够阻止裂纹扩展。(要求温度比无塑性转变温度NPT高一定数值，例如元件的设计应力为屈服极限σs一半时，要高17℃ 3 较低的缺口敏感性 制造过程中，开孔和焊接会产生局部应力集中，要求材料有较低的缺口敏感性，以防止产生裂纹 4 良好的加工工艺性能和焊接性能 由于焊接热循环作用，会 (1)降低热影响区材料的韧性、塑性 (2)在焊缝内产生各种缺陷 其中(1)、(2) 均会产生裂纹 在选材料时需考虑 (1)材料中碳的当量值(保证材料具有较好的可焊性) (2)适当的焊接材料和焊接工艺 (3)材料具有良好的塑性(碳钢和碳锰钢δs不低于16%，合金钢δs不低于14%) (4)良好的低倍组织 (5)钢材的分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能减少(防止裂纹的产生) 二、用以制造高温承压元件的钢管 1 具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性 通常以持久强度为设计依据，保证在蠕变的条件下安全运行 2 具有良好的高温组织稳定性 长期高温下不发生组织变化 3 具有良好的的高温抗氧化性 要求材料在高温条件下的氧化腐蚀速度小于0.1mm/a 4 具有良好的加工工艺性 要求冷加工性(冷态弯曲)和焊接性 2. 锅炉与压力容器用钢的分类 一、工作温度低于500℃的钢材 碳素钢和低合金结构钢 1 铁素体-珠光体结构钢 屈服强度σs为300-450MPa
中国化工学会培训中心中国石油和化学工业协会培训中心 中化会培字【2012】第号 关于举办“承压设备用钢新标准(ASME、GB150)及材料设计、选用 专题培训班”的通知 各有关单位： 材料是承压设备制造和安全使用的重要基础。随着我国锅炉、压力容器及管道元件制造行业快速发展，对压力管道, 压力容器用钢的强度、韧性、耐蚀性、高温长期强度及组织稳定性提出了更为严苛的要求。我国企业产品使用ASME锅炉压力容器规范的材料逐年增多，ASME材料是一直困扰我国制造、安装和配件生产厂家的老大难。 近年来，我国GB材料标准体系与国外ASTM、API、EN材料标准体系的交汇融合也与日俱进。广大的压力管道, 压力容器的材料研发生产、设计、制造、检验以及使用工作者需要对材料的强韧机理、性能特征、焊接、热处理、冷热加工工艺、检验方法进行深入的研究实践，提高专业技术素质，以适应我国相关行业的高速发展需要。为了帮助有关单位在设计、制造、检验压力设备和订购材料时，能按ASME/ GB150规范正确、合理地选用)钢材，了解与我国有关材料标准的差别，以及在应用中应注意的问题。经与有关方面协商，决定举办“承压设备用钢新标准(ASME、GB150)及材料设计、选用专题培训班”,请有关单位派员参加，现将培训有关事项通知如下： 一、主要培训内容： （一）、ASME《锅炉及压力容器规范》第II卷A篇-钢铁材料 1、第II卷A篇的标准概况、结构特点； 2、ASME常用钢板、元钢、管材、锻材的基础标准和专业标准介绍； 3、ASME常用材料标准与我国相应标准的差异。 （二）、ASME压力设备用钢进展及材料选用 1、高温及超低温用奥氏体不锈钢及其选用; 2、奥氏体不锈钢的局部腐蚀； 3、压力设备用P1-1,1-2组碳钢； 4、可焊细晶粒碳钢的质量等级及其进展； 5、压力设备用钢的抗脆断性能； 6、压力设备用铁素体钢的应力腐蚀断裂； 7、压力设备用铬钼合金钢； 8、压力设备用钢的许用应力及压力-温度额定值。
钢制压力容器 GB150—1998 引言 随着科学技术的发展，科技成果的应用，使标准不断完善，在GB150-1998《钢制压力容器》标准的基础上，结合中国国情，合理采用了美国ASME Ⅷ-1卷、日本 JISB8370～8285标准的最新成果，修订了原标准的不合理的或与其它标准法规不相吻合的部分内容，制订了GB150-1998《钢制压力容器》标准。 在制订GB150-98标准时，遵循了以下几条原则。 撤消了部分单元设备和自成体系的受压元件设计内容，另行制订产品标准，使 GB150成为压力容器的基础标准。 将GB150-89第8章“卧式容器”从标准中分离出来，这部分内容将单独出标准 JB4731-98《钢制卧式容器》，现已报批。 将第9章“直立容器”和相关的附录F“直立容器高振型计算”从标准中分离出来，这部分内容将纳入修订后的JB4710-92《钢制塔式容器》之中，成为塔式容器的产品标准。 撤消附录E“U型膨胀节”，独立出新标准GB16749-97《压力容器波形膨胀节》，已于1997年8月1日实施。 撤消附录H“钢制压力容器渗透探伤”和附录L例题，前者并入JB4730-94《压力容器无损检测》加第1号修改单，后者尚未编制出来。 充分体现近年来在冶金、制造和无损检测等方面的技术进步，使标准能够反映和应用各行业技术进步的成果和适应行业发展的要求。例如新增加撤消了一些钢材的牌号，严格了钢板超声检测的要求。 以实施中取得的经验为依据，修正原标准中的错误和不足，完善标准的技术内容，力求先进。 充分协调本标准和相关标准、法规在技术内容上的一致性，以利于将标准用于产品设计、制造、检验和验收的各个环节。 1998年3月国家技术监督局发布了GB150-1998《钢制压力容器》标准，并要求从1998年10月1日起执行。学习和贯彻新GB150标准是提高压力容器质量，保证压力容器安全使用的前提。为了更好地了解、学习和贯彻新GB150，本文将新、旧GB150标准中的主要变化，以表格方式逐项对比，在比较项目中，为了做到准确，读者便于查阅，尽可能摘引部分原文或对有关规定加以阐述。 1 压力容器标准体系 详见表1。 表1 压力容器标准体系
G B锅炉和压力容器用钢 板课件 Newly compiled on November 23, 2020
GB713－2008《锅炉和压力容器用钢板》 讲解内容 GB713－2008《锅炉和压力容器用钢板》是对GB713－1997《锅炉用钢板》和GB6654—1996《压力容器用钢板》两个标准进行修订合并而成的。这项工作从2005开始，到2007年完成。2008年3月发布新标准，同年9月1日起实施。 锅炉及压力容器用钢板是重要产品，关系到生命财产安全，技术要求高，生产难度大。标准的制修订工作难度也比较大，特别由原来已经执行多年的标准合并为一个标准难度更大。为了做好两个标准的修订和合并工作，征求了一些有关单位的意见，调查标准的执行情况，查阅标准档案资料，收集了ISO、EN、JIS和ASTM等国际国外主要标准。国外这方面的标准比较多，尤其是美国，ASTM有30多个压力容器用钢板标准，体系比较乱。日本标准受美国的影响比较明显，JIS的锅炉及压容器用钢板标准也比较多，有11个。EN和ISO压力容器用钢板标准的系列完整、分类清楚、数量不多。EN10028压力容器用钢板包含7部分，即7个标准。 ISO9328压力容器用钢板包含5部分，比EN少2个标准，但内容与EN10028的内容是一样的，ISO正火和调质钢板合订一个标准，TMCP控轧控冷钢也没有单独标准。 与国外比，国内压力容器用钢板标准少，不配套、有空缺。GB713和GB 6654对应的国外标准主要有ISO9328－2、EN10028－2、 JIS G 3115、JIS G 4109、ASTM A 299、ASTMA387。对这些标准进行了分析对比，基本了解国内外标准情况和标准水平后，在原标准的基础上，结合国情和使用部门的要求，并参考国际国外标准，对原来两个标准进行修订和合并。 这次修订和合并标准的原则，是结合国情和用户的要求， EN10028－2：2002作为重要参照和采用的对象。
压力容器常用钢材 Word文档：苏成功黄橙 PPT制作：汪斌傅斌杰 (1)钢材分类 钢材的形状包括板、管、棒、丝、锻件、铸件等。压力容器本体主要采用板材、管材和锻件。 钢板钢板是压力容器中最常用的材料，如圆筒、封头的制作 钢管接管、换热管一般由无缝钢管制成 锻件高压容器的平盖、端部法兰、接管法兰等锻件 (2)钢材类型 压力容器用钢可分为碳素钢、低合金钢和高合金钢 1、碳素钢 压力容器常用碳素结构钢有Q235B、Q235C;常用优质碳素结构钢有 20g、20R、10G;压力容器专用钢板有Q245R、HP245、HP265、HP295。 ①Q235B钢的应用举例：Q235B级钢主要用于建筑、桥梁工程上制 造质量要求较高的焊接结构。其技术标准为: ②20g钢
20g钢是制造锅炉的常用碳素钢板。是用于制造压力小于6MPa , 壁温低于450C的船舶锅炉、蒸汽锅炉以及其他锅炉构件。20厚 壁钢管。主要用做石油地质钻探管、石油化工用的裂化管、锅炉管、轴 承管以及汽车、拖拉机、航空用高精度结构管等。其技术 标准为： ③10G是GB/5310国标钢号（国外对应牌号：德国st45.&日本STB41、 美国SA106B），为最常用锅炉钢管用钢10G钢管主要用于制造高压和更高参数锅炉管件，低温段过热器、再热器，省煤器及水冷壁等；如小口径管做壁温＜50CC受热面管子、以及水冷壁管、省煤器管等，大口径管做壁温＜45?蒸汽管道、集箱（省煤器、水冷壁、低温过热器和再热器联 箱），介质温度＜45?管路附件等。由于碳钢在450 ?以上长期运行将产生石墨化，因此作为受热面管子长期最高使用温度最好限制到450?以下。 该钢在这一温度范围，其强度能满足过热器和蒸汽管道要求、且具有良好抗氧化性能，塑性韧性、焊接性能等冷热加工性能均很好，应用较广。此钢在伊朗炉（指单台）上所使用部位为下水引入管（数量为18吨）、汽水引入管（10吨）、蒸汽连接管（16吨）、省煤器集箱（8吨）、减温水系统（5吨），其余作为扁钢、吊杆材料使用（约86吨）。 2、低合金钢 压力容器常用的低合金钢，包括专用钢板Q345R、15CrMoR、
压力容器用钢常见金相组织以及钢的分类 锅炉压力容器用钢常见金相组织和性能 1.奥氏体A[Feγ(C)] 奥氏体是碳在γ-Fe中的固熔体，在合金钢中是碳和合金元素熔解在γ-Fe中的固溶体。奥氏体塑性很高，硬度和屈服点较低，布氏硬度值一般为170～220HB，是钢中比容最小的组织。奥氏体在1147℃时可溶解碳为2.11%，在727℃时可溶解碳为0.77%。 奥氏体仍然保持γ-Fe的面心立方晶格，在金相组织中呈现为规则的多边形。 2.铁素体F [Feα(C)] 铁素体是碳与合金元素溶解在α-Fe中的固溶体。 铁素体性能接近钝铁，硬度低（约为80～100HB），塑性好。固溶有合金元素的铁素体能提高钢的强度和硬度。在727℃时，碳在铁素体中溶解为0.022%，在常温下含碳量为0.008%。铁素体仍然保持α-Fe的体心立方晶格，在金相组织中具有典型纯金属的多面体金相特征。 3.渗碳体 [Fe3C] 渗碳体是铁和碳的化合物，又称碳化铁，常温下铁碳合金中碳大部分以渗碳体存在。根据铁—碳平衡图，渗碳体可分为： 一次渗碳体，是沿CD线由液体中结晶析出，多呈柱状。 二次渗碳体是从γ-固溶体中沿ES线析出的，多以白色网状出现。 三次渗碳体是从α-固溶体中沿PQ线析出的，多以白色网状出现。 渗碳体在低温下有弱磁性，高于217℃磁性消失。渗碳体的熔化温度约为1600℃，含碳量为6.67%，硬度很高（约为＞700HB），脆性很大，塑性近乎于零。 4.珠光体P 珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，是含碳量为0.77%的碳钢共析转变的产物，由铁素体和渗碳体相间排列的片层状组织。 珠光体的片间距取决于奥氏体分解时的过冷度，过冷度越大形成的珠光体片间距越小。按片间距的大小，又可分为珠光体、索氏体和屈氏体。由于它们没有本质上的区别，统称为珠光体。 粗片状珠光体，是奥氏体在650～700℃高温分解的产物，硬度约为190～230HB，用一般金相显微镜（500倍以下）能分辩Fe3C片。 索氏体S，是奥氏体在600～650℃高温分解的产物，硬度约为240～320HB，用高倍显微镜放大1000倍才能分辩Fe3C片。 屈氏体T，是奥氏体在550～600℃高温分解的产物，硬度约为330～400HB，用电子显微镜放大10000倍能分辩Fe3C片。 珠光体在金相组织中，多为铁素体和渗碳体相间排列的层片状组织，片层一般稍弯曲。在一定热处理条件下（球化退火或高温回火），渗碳体以颗粒状分布于铁素体基底之上，即球化组织，亦叫粒状珠光。 5．马氏体M 马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。当钢高温奥氏体化之后，若快速冷却至马氏体点以
1.1压力容器的应用 石油、化工、医药等产品是按照一定的工艺过程，在一定的条件下利用与之相匹配的机械设备生产出来的。随着科学技术的进步和工业生产的发展，特别是国民经济领域持续稳定压力容器已在石油、化工、轻工、医药、环保、冶金、食品、生物工程及国防等工业领域以及人们的日常生活中得到广泛应用，且数量日益增大，大容积的设备也越来越多。例如，生产尿素就需要与之配套的合成塔、换热器、分离器、反应器、储罐等压力容器；加工原油就需要与原油生产工艺配套的精馏塔、换热器、加热炉等压力容器；此外，用于精溜、解析、吸收、萃取等工艺的各种塔类设备也为压力容器；用于流体加热、冷却、液体汽化、蒸汽冷凝及废热回收的各种热交换器仍属于压力容器；石油化工中三大合成材料生产中的聚合、加氢、裂解等工艺用的反应设备，用于原料、成品及半成品的储存、运输、计量的各种设备等都是压力容器。据统计，化工厂中80%左右的设备都属于压力容器的范畴。 压力容器种类多，操作条件复杂，有真空容器，也有高压超高压设备和核能容器；温度也存在从低温到高温的较大范围，处理的介质大多具有腐蚀性，或易燃、易爆、有毒，甚至剧毒。这种多样性的操作特点给压力容器从选材、制造、检验到使用、维护以致管理等诸方面造成了复杂性，因此对压力容器的制造、现场组焊、检验等诸多环节提出了越来越高的要求。 压力容器涉及多个学科，综合性很强，一台压力容器从参数确定到投入正常使用，要通过很多环节及相关部门的各类工程技术人员的共同努力才能实现。 1.2压力容器制造技术的进展 随着科学技术的发展，压力容器制造技术的水平越来越高，其制造进展主要表现在四个方面。 1.压力容器向大型化发展 大型化的压力容器可以节省材料、降低投资、节约能源、提高生产效率、降低生产成本。目前板焊结构形式的煤气化塔厚度达200mm，其内径为9100mm，单台质量已达2500t；现在年产30万吨合成氨和52万吨尿素装置的四个关键设备均已实现国产化。炼油处理装置也由250 X 104 t/a原油提高到1000 X 104t/a
3.1.1 压力容器常用钢材 浏览字体设置：10pt 12pt 14pt 16pt 放入我的网络收藏夹3.1.1 压力容器常用钢材 1.钢材形状：主要是板、管材和锻件 1.钢板 1.主要用途：壳体、封头、板状构件等 2.加工要求：下料、卷板、冲压、焊接、热处理 3.性能要求：较高的强度、良好的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性 能 GB3531 低温压力容器用低合金钢钢板 GB6654 压力容器用钢板 2.钢管 1.主要用途：接管、换热管等 2.主要类型：无缝钢管、直缝钢管和螺旋焊缝钢管 3.加工要求：下料、焊接、热处理 4.性能要求：较高的强度、良好的塑性、韧性、焊接性能 请比较各类钢管的优缺点 3.锻件 1.主要用途：高压容器的平盖、端部法兰与长颈对焊法兰等 2.分级：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。级别越高，要求检验项目越 多，越严格，价格越高。 2.钢材类型 按化学成分分类：碳素钢、低合金钢、高合金钢 1.碳素钢 含碳量小于2.06％的铁碳合金，含有少量的硫、磷、硅、氧、氮等元素。 压力容器用钢 ?优质碳素结构钢：Q235-B、Q235-C钢板；10、20钢钢管；20、 35钢锻件。 ?压力容器专用钢板：20R （R表示压力容器专用钢板） 20R的特点和应用场合：
?强度低，塑性和可焊性较好价格低廉；<\li> ?常用于常压或中、低压容器； ?也做垫板、支座等零部件材料。 2.低合金钢 特点及优点 ?是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超过3%），具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高 温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。 ?采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、安装中因壁厚太 厚所带来的各种困难。 压力容器常用低合金钢 ?钢板：16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR； 07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR ?钢管：16Mn、09MnD；（D表示低温用钢） ?锻件：16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、2.25Cr-1Mo。 应用介绍 5.16MnR ?屈服点为340MPa级的压力容器专用钢板 ?是我国压力容器行业使用量最大的钢板 ?具有良好的综合力学性能、制造工艺性能 ?主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器 6.16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR 低温压力容器用钢，工作在-20℃及更低温度的压力容器专用钢 板 ?16MnDR：可用于-40℃的钢种；液氨储罐等设备 ?15MnNiDR：提高了低温韧性；-40℃级低温球形容器 ?09MnNiDR：-70℃级低温压力容器用钢；用于制造液丙烯 （-47.7℃）、液硫化氢（-61℃ ）等设备 7.15CrMoR ?低合金珠光体热强钢 ?中温抗氢钢板 ?用于制造壁温不超过560℃的压力容器 8.20MnMo、 09MnNiD、 2.25Cr-1Mo锻件 ?20MnMo：良好的热加工和焊接工艺性能；常制造使用温度 为-40～470℃的重要大中型锻件
锅炉压力容器和管道用钢的新发展 发表时间：2016-10-28T16:06:41.720Z 来源：《基层建设》2016年12期作者：冯磊[导读] 摘要：在当今经济飞速发展的背景下，工业上对于锅炉的使用要求越来越高，得力于国内外相关技术的发展，锅炉对钢材、压力容器等的参数要求也在大幅提高，在其实际应用范围不断扩展的情况下，对于这些组件之间的焊接技术要求也不断提高。本文将以焊接从业者的视角，在锅炉、管道钢、压力容器，先进的焊接技术和焊接自动化、机械化等方面来进行展示说明。 昆山市鑫龙工业设备安装有限公司江苏苏州 215300摘要：在当今经济飞速发展的背景下，工业上对于锅炉的使用要求越来越高，得力于国内外相关技术的发展，锅炉对钢材、压力容器等的参数要求也在大幅提高，在其实际应用范围不断扩展的情况下，对于这些组件之间的焊接技术要求也不断提高。本文将以焊接从业者的视角，在锅炉、管道钢、压力容器，先进的焊接技术和焊接自动化、机械化等方面来进行展示说明。关键词：压力容器；管道焊接；材料；方法一、锅炉中压力容器钢材选择在工业使用的设备中，锅炉是设备运转、能量转化的一个重要关键点。必须要求锅炉所选用的制造材料能耐高压和高温，否则使用的锅炉无法完成高效的能量转化，无法满足工作生产，使得效率底下。当前选用作为锅炉压力容器焊接的材料主要分为三类： 1、耐高温由于锅炉工作环境极端，抗温差要求很高，因此获得美国ASME材料标准的铬含量高于2%的Cr-Mo钢或多组元的CrMoVTiB钢是必须要选用的材料。其他应用领域也在频繁使用这类钢材，此钢材在美国钢材料标准中编号为A213-T24，有着低含碳量（低于0.10％），低含硫量（低于0.010％）的特点，因此不但容易焊接，而且无需预热。 2、耐高压锅炉压力容器工作特点除了高温，还有高压，其内部压力与温度成正比，例如一般锅炉内温度到500－600摄氏度时，其内压力可达到370bar，蒸汽温度超过临界时，如达到700摄氏度以上，此时内部压力将超过370bar，水冷壁的温度也很可能越过600摄氏度的高温。所以在焊接材料选择上，9％Cr或12%cr的马氏体耐热钢是首选。它们对工艺和后期热处理要求十分严格，必须按特殊的措施实施处理，才能保证焊接效果。 3、耐腐蚀与抗氧化能力从环境保护的角度考虑，锅炉运转效率越高，其排放烟气中的NOX，CO2，SO2等含量也会减少。因此高参数高性能的超特临界锅炉是未来的发展方向，但同时，在高温工作时，这些排放的废气会与钢材发生氧化或腐蚀作用，降低锅炉使用效率和寿命，甚至引起故障，造成损失。因此国际上针对超特临界锅炉的关键部位选材，多优先选择改进型9－12％Cr马氏体耐热钢，以便提升钢材耐腐蚀和抗氧化性能。 二、管道使用钢材的选择与锅炉选择钢材原则有些不同，管道的主要作用是输送生产中产生或锅炉内产生的气体，除了烟尘，水蒸气以外，还含有SO2，CO2，CO，NO2等污染气体。这些气体都含有腐蚀、高热、高污染的特性，因此对于管道用材选择需注意如下几点： 1、封闭性强为防止锅炉运行中产生的有害气体泄露，管道必须进行密闭焊接，这要求进行焊接的钢料必须具备良好的焊接能力，低硫、低碳的微合金钢是首选，经过热力学处理的微合金钢能够在焊接时迅速融化，并连接在一起。我国常采用的钢种为相当于我国标准钢号L555的最低屈服强度达到555Mpa的X80型最高级别强度材料。 2、耐腐蚀性与锅炉压力容器类似，管道运送的气体中，存在大量高腐蚀性的气体，如SO2、NO等，高温下极易发生氧化反应。但与锅炉压力容器不同之处：管道选择材料时，更强调能保证焊接质量的种类，同时对焊接工人的技术也有不小的要求，这是为了确保锅炉工作时气体不会外泄。 3、耐高温性锅炉燃烧时会排出大量高温高热的气体，成分主要是水蒸气，在进入管道后，最高温度可达到7－800摄氏度。因此为确保将温度影响降到最低，管道选材需选择耐高温的奥氏体耐热钢。 三、锅炉压力容器与管道钢材焊接方法 1.锅炉双面脉冲焊接法我国一些工厂开始采用自动焊接技术——新型膜式水冷壁管屏双面脉冲MAG进行设备焊接，该技术能够有效利用锅炉热能，并且在焊接过程中节省材料，它的特点是从正反两个方面运用多个MAG焊头同时进行焊接。它能使得在焊接过程中发生的焊接变形相互抵消。焊接设备的性能越好，质量越高，则管屏焊接焊缝质量就越稳定，合格率越好。 2.锅炉受热面对接焊接法当锅炉性能逐渐提升时，锅炉再热器，受热面等部位的数量以及厚度都在增长，我国采用国外先进技术——热丝TIG自动焊接机来应对这一情况。该技术的原理是在独立固定电压交流电源的供电的条件下，将填充丝送入焊接熔池，同时电阻加热到650－800摄氏度，加速填充丝熔化，其熔敷率与相同直径的MTG焊法的熔敷率十分接近。 3.厚壁容器纵环缝的窄间隙埋弧焊厚壁容器纵环缝的窄间隙埋弧焊法是在1985年从瑞典ESAB公司引进的，最早的一台窄间隙埋弧焊系统应用在哈锅。近20年来，已经在我国各个大型锅炉、重型机械制造厂、化工机械等地使用。实际的生产数值表明，这种具备优质、高效、低耗的焊接方式，确实适合厚壁容器对接焊，是一种很好的选择。参考文献：
“压力容器设计”习题答案 一、选择题： 1．我国钢制压力容器设计规范<
浅析压力容器用钢的发展 压力容器用钢是压力容器设计与制造的基础。本文从钢材质量的提高、高强度低合金钢的发展、奥氏体不锈钢新技术的采用和新材料的引入等方面阐述了我国压力容器用钢的发展和压力容器用钢标准的技术进步。压力容器广泛应用于化工、能源、冶金、航天等领域，在国民经济中发挥着重要作用。材料是压力容器的基础，是设计和制造的先决条件。伴随着我国压力容器行业的发展，材料技术在质量、强度和性能等方面都取得了很大的提高，对推动设备的大型化、轻型化，实现能源的节能降耗起到了关键作用。 1.钢材质量新修订的一系列压力容器标准均对材料质量提出了更为严格的要求，具体体现在以下几个方面。 1.1.熔炼方法。钢板的制造工艺是决定钢板质量的主要因素。TSG R0004-2009《固定式压力容器安全监察规程》指出：压力容器受压元件用钢应当是氧气转炉或者电炉冶炼的镇静钢，对于高参数钢材还应当采用炉外精炼工艺。经过初炼加精炼的炉外精炼技术可使钢水温度和成分均匀化、严格控制钢材的化学成分、去除有害物质，从而大大提高钢材质量。GB3531、GB19189和GB24511等压力容器钢板标准中均已要求钢材制造须采用转炉或电炉加炉外精炼的冶金技术。 1.2.化学成分。S的热脆性和P的冷脆性是影响钢材质量的主要因素。从承压设备用钢标准的发展趋势来看，钢中S、P含量限制的越来越严格。《固容规》中严格规定了焊接用钢以及压力容器专用钢中碳素钢和低合金钢的S、P含量。相应的压力容器用钢板标准中所规定的S、P含量指标与欧洲标准处于同一水平、优于美国标准指标，在某些标准中甚至优于欧洲标准。 1.3.力学性能。冲击功体现了材料抵抗冲击韧性的能力。为预防碳素钢和低合金钢制压力容器发生脆性破坏，规定了碳素钢和低合金钢的冲击功最低值。《固容规》和GB150.2-2011中均提高了钢板的冲击功指标并且对钢材标准抗拉强度下限值的分档细化，为降低安全系数、减薄壁厚、实现成本节约提供了可能。 2.低合金钢随着我国工业投资项目的增加和项目规模的不断扩大，化工装备在逐渐朝着大型化方向发展。设备的大型化会带来土地的节约、外围管线和仪表的减少，但也必然会导致钢板厚度的增加。钢板过厚不仅会影响焊接质量，还会带来过多的焊接残余应力，造成安全隐患。通过提高钢材强度来降低钢板厚度是实现装置
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。
压力容器用钢 一、钢材的机械性能材料在外力作用下表现出来的特性叫作材料的机械性能，也称为力学性能。钢材的重要机械性能指标有: 1.强度—物体在外力作用下，抵抗产生塑性变形和断裂的特性。常用的特性指标有屈服极限CT s和强度极限ab，系由拉伸试验获得。 1屈服极限材料承受载荷时，当载荷不再增加而仍继续发生塑性变形的现象叫做“屈服”。开始发生屈服现象’即开始出现塑性变形时的应力叫做“屈服极限”或“屈服点”。工程上取试样发生 0.2 残余变形时的应力值作为条件屈服极限，通常称为屈服强度Uo.z.在拉伸试验中，屈服强度是试样在拉伸过程中标距部分残余伸长达到原标距长度的 0.2 帕时的负荷除以原横截面积的商，单位为 MPa.一般说来，材料是不允许在超过其 Idl 服点的载荷条件下工作的。 2强度极限材料抵抗外力破坏作用的最大能力称为强度极限。钢材的强度极限是试样在拉断前所承受的最大应力即抗拉强度Sb，单位为 IvIPa 。工程上希望金属材料不仅具有较高的。，而且具有一定的屈强比a SQ b o 屈强比愈小，结构零件的可靠性愈高。但屈强比太小，则材料的有效利用率太低。因此，一般希望屈强比高一些，碳素钢为 0.6 左右，低合金高强度钢为 0.650.75，合金结构钢为。.85 左右。 2.塑性—指材料在外力作用一下产生塑性变形而不破坏的能力，用延伸率6及断面收缩率冲来表示，其数值由拉伸试验获得。延伸率以试样拉断后的总伸长与原始长度的比值百分率来度量，其数值与试样尺寸有关.为了便于比较，必须采用标准试样，规定试样的原始长度与原始直径的比例关系。8。或 6。表示试样计算长度为其直径的 5 或 10 倍时的延伸率b。小于 Ss。断面收缩率以试样拉断后断面积的缩小量与原始截面积之比值的百分率来度量。塑性良好的材料可以顺利地进行某些成型工艺，如冷冲压、冷弯曲等。其次，良好的塑性可使零件在使用过程中万一超载也不致突然断裂。压力容器的主要零部件都是承压的，