压力容器材料的选取探究

1 压力容器材料标准体系的建立

设计人员在设计压力容器时往往容易忽略压力容器高参数、大型化、服役环境极端化和长周期连续运行等问题, 而这会致使容器的各类腐蚀、材质劣化和机械损伤等, 进而导致压力容器失效和破坏性事故的发生。

(1) 压力容器用钢板我国已经形成以GB 150.1~4-2011《压力容器》为核心的标准体系, 覆盖范围与国外标准BS5500, JIS B8270, ASME—Ⅷ—I, AD规范, CODAP等相当。近年来, 我国压力容器的用材进步明显, 主要表现在: (1) 不断提升了压力容器材料的纯净化程度; (2) 快速增加了压力容器材料的品种牌; (3) 提高了压力容器用材料的标准和工作性能水平。

(2) 压力容器用钢锻件修订的NB/T 47009—2010《低温承压设备用低合金钢锻件》、JB 4726—2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》增加了08Ni3D一个钢号, 计列入6个钢号。修订的JB 4728—2000《压力容器用不锈钢锻件》, NB/T47010q010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》增加了8个钢号, 计列入16个钢号。

2 压力容器选材的依据和原则

压力容器的选材是容器设计过程中的关键部分。如果在选材设计和制造中对压力容器标准理解有偏差, 以及对法规和标准的某些内容不够清晰和理解时, 材料的选取不当问题将会时有发生。

(1) 压力容器主要的选材依据材料的耐腐蚀性能;容器的使用条件;冷热加工成型性和可焊性等材料的加工性能;选材、腐蚀裕量、防腐蚀结构、防腐蚀衬里等材料的力学性能;材料的经济性等。

(2) 压力容器材料性能压力容器用钢, 特别是承受一定压力的钢应有较好的焊接和成型性能、以及较高的韧性、塑性。

(3) 压力容器材料经济性原则 (1) 普通的碳素钢压力容器, 当板厚大于或等于8mm时, 选用Q345R等普通低合金钢; (2) 以强度设计为主的材料, 应根据设计的温度、设计的压力、介质的特性等原则来使用限制的特种材料; (3) 以钢度为主的材料压力容器, 受压壳体一般选用普通碳素钢; (4) 设计温度为350~550℃的压力容器一般可选用铬钼低合金钢等耐热钢; (5) 不锈钢一般可用在铁离子污染大、介质腐蚀性较强或设计温度不大于500℃的耐热用钢等要求的压力容器设计中。

3 压力容器材料的选择

我们在进行压力容器的安全评定时, 不仅要准确无误的确定容器的使用工况条件, 选取恰当的材料性能参量。由于接头各部位的金相组织不同, 引起各部位的断裂参量等性能也会有很大差别。除此, 还应该考虑板厚对数据的影响。压力容器壳体选材要考虑操作条件、材料冷热加工性能, 材料的焊接性能, 热处理以及在容器结构等条件, 还需考虑其经济的合理性。

(1) 碳素钢和低合金钢板的选用使用低合金钢和碳素钢作为压力容器壳体时需注意以下因素:

(1) 钢板在以下情况使用时需在正火处理: (1) 当壳体材料厚度大于16ram的15Mn VR。 (2) 当壳体厚度大于30mm的20R和16Mn R; (2) 壳体钢板的使用需对其超声检测, 超声检测的质量标准和方法应按JB4730的规定实行: (1) 厚度大于25mm的13Mn Ni Mo Nb R、15Mn VR、15Mn VNb R、18Mn Mo Nb R和Cr—Mo钢板, 质量等级应不低于Ⅲ级; (2) 厚度大于30mm的20R和16Mn R, 质量等级应不低于Ⅲ级; (3) 厚度大于20ram的16Mn DR、09Mn Ni DR和15Mn Ni D, 质量等级应不低于Ⅲ级; (4) 其他因素。

(2) 高合金钢板的选用使用高合金钢板材料的压力容器壳体时, 一般是以GB4237为执行标准, 但还需考虑以下几点: (1) 当钢板设计厚度不大于4mm的, 钢板的表面质量组别需标清; (2) 当使用钢板大于4mm时, 使用者应向供货单位标明压力容器使用钢材。

4 压力容器用材检验标准及特点

安全性能是我们评价设计、制造、使用压力容器的的首要标准。钢制压力容器安全事故发生将可能会对个人和社会造成很大的危害。因此, 检验压力容器的用材是整个制造中一个十分重要的环节。应该对材料首先严格按照GB150-1998标准[5]执行检验, 但可以进行选择性的检验。

对压力容器制造材料检验, 可以从以下几个点来分析确定压力容器的选材是否符合要求: (1) 对材料的标记和性能检验进行核对, 是不是准确无误; (2) 对材质成型缺陷的考略:如铸造、锻轧缺蹈, 焊接情况以及材质是否完好。

5 结语

压力容器在设计、制造, 使用时, 工作者们都应把安全性放在首要位置。能否正确的对压力容器进行选材, 直接影响着压力容器的安全和经济性。除此之外, 还应仔细学习和深入研究相关标准和法规, 正确的运用标准法规使在设计、制造和检验压力容器等各个环节做到零错误。现阶段, 如何提高压力容器的安全和经济性备受相关国内外研究者工作者的关注。安全—资源—经济并重的绿色制造已成为了压力容器轻型化发展的理念。在保障安全性的前提下, 节材、降能, 经济性能好的压力容器材料是未来研究的重点和热点。

摘要：本文通过介绍国内外现存的材料标准体系和压力容器材料检验标准, 重点讨论了如何对压力容器的材料进行合理的选择, 更好的确保压力容器安全性。

关键词：压力容器,材料选择,材料标准体系,检验标准