一、壓力容器鋼的特點

壓力容器廣泛用于能源、動力、輕工、軍工等領(lǐng)域,而石油化工工業(yè)是最大的用戶,大約占壓力容器總數(shù)的80%以上,如反應器、塔器、冷換設(shè)備、變換器、儲罐等。它們的工藝過程復雜、多變、條件苛刻。為了能適應工藝和設(shè)備的要求,壓力容器用材要能承受高溫、高壓、真空低溫、交變載荷等的作用,還要具備在各種腐蝕介質(zhì)環(huán)境下長期運行的性能。

由于工藝條件千差萬別,壓力容器用材品種繁多,涉及面廣,特殊材料用量較大。如丙烯睛裝置耗用的不銹鋼幾乎要占碳鋼的一半,聚酯裝置的不銹鋼用量占裝置用材的50%。但是壓力容器用材目前仍以鋼材為主,少量的使用非金屬材料。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,壓力容器應用領(lǐng)域不斷拓寬,有色金屬材料在特殊結(jié)構(gòu)壓力容器中的應用日漸增多。

二、壓力容器鋼用材要求

壓力容器選用的材料有非金屬材料、金屬材料和金屬基體加非金屬內(nèi)襯的材料3類。而金屬材料制造的壓力容器占主導地位,其中鋼制壓力容器又占絕大多數(shù)。

(一)壓力容器用鋼材的性能要求

1滿意的強度指標材料的抗拉強度,和屈強比是壓力容器安全性和經(jīng)濟性的關(guān)鍵一般控制屈強比在0.6~0.8范圍內(nèi)。高溫運行的壓力容器,按規(guī)定需要用高溫性能數(shù)據(jù)進行設(shè)計。鋼材的使用溫度上、下限須按 GB150-2010鋼制壓力容器的規(guī)定執(zhí)行

2.良好的韌性,塑性性能國內(nèi)外大量的破壞事故表明,只有具備足夠的韌性,壓力容器才能在復雜載荷下正常運行。因此要求壓力容器用鋼材(鋼板、鋼管、鍛件等)強韌配合恰當缺口敏感性小。這點是壓力容器用鋼材與一般結(jié)構(gòu)用鋼材的主要區(qū)別,美國ASME規(guī)范也反應了類似特點。對低溫壓力容器用鋼材的韌性,有更為嚴格的要求。

材料的良好塑性,可以緩和由應力集中所引起的脆性斷裂,在緩減壓力,溫度波動、意外沖擊載荷對設(shè)備的影響方面有很好的作用。此外鋼材的塑性還直接影響制造工藝,低下的塑性有時給制造帶來不必要的麻煩。

3.合理的成分和組織鋼材的化學成分和內(nèi)部組織直接關(guān)系到力學性能和工藝性能固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中規(guī)定,用于焊接結(jié)構(gòu)壓力容器主要受壓元件的碳素鋼和低合金鋼,其碳含量(含量均指質(zhì)量分數(shù),下同)不應大于0.25%。壓力容器專用鋼材的磷含

量不應大于0.025%,硫含量不應大于0.015%。為了保證材料具有良好的可焊性和加工工藝性,一般控制其碳當量,此外還要求材料的低倍組織,減少非金屬夾雜和分層等冶金缺陷。

4、滿足耐腐蝕性能金屬材料的耐腐蝕性能(指均勻腐蝕),通常按三級標準評定,如圖所示,可知材料的均勻腐蝕速率,是區(qū)分其在某一腐蝕介質(zhì)中行為的依據(jù)。

常見的局部腐蝕破壞類型有點蝕晶間腐蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕等,在選用材料時必需予以足夠的重視。

5、良好的工藝性和經(jīng)濟性壓力容器用鋼材應具有良好的加工工藝性能,使制造過程方便可行。特別是焊接容器用鋼的焊接工藝性十分重要,甚至有的提出了控制鋼材碳當量和裂紋敏感指數(shù)等可焊性評價要求。

以上提出的性能要求,最終都應反映到經(jīng)濟成本上來,總的原則是:在滿足壓力容器安全可靠的前題下,選用符合國情-立足國內(nèi)的鋼材品種,達到技術(shù)和經(jīng)濟指標的合理。

(二)壓力容器用其他材料的要求

除了鋼材之外,還有鑄鐵及有色金屬等材料在壓力容器中應用,但是數(shù)量都很少,無法與鋼材相提并論。它們在壓力容器中的使用范圍、溫度限制、安全系數(shù)等,都在《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中有明確規(guī)定。