压力容器用钢材.ppt

1,压力容器用钢材,2,压力容器用钢材,（一）材料的基本性能1.力学性能(1)机械强度：屈服极限Rel（s）和强度极限Rm（b）蠕变极限（tn）和持久极限（tD）。屈强比（Rel/Rm）压力容器用材的屈强比一般为0.6 0.7。碳素钢的屈强比一般为0.6左右，低合金高强度钢为0.650.75，合金结构钢为0.85(2)塑性：延伸率 A（）及断面收缩率 Z（）一般碳钢、碳锰钢A16%,其它合金钢A14%。,3,（3）硬度 布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、和 维氏硬度（HV），其数值可以互相换算。硬度与抗拉强度有如下近似关系：轧制、正火或退火的低碳钢 Rm(b)=0.36HB;轧制、正火或退火的中碳钢 Rm(b)=0.35HB;硬度HB250经热处理的合金钢 Rm(b)=0.34HB;硬度HB250400，经热处理的合金钢 Rm(b)=0.33HB;（4）韧性 冲击功AKV，单位为J。（5）断裂韧性 K1C 临界裂纹张开位移C（COD）（6）温度对材料机械性能的影响,4,材料的屈服极限、强度极限和弹性模量随温度的升高而降低,如果材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键性的。,5,2.耐腐蚀性能 耐腐蚀性能是金属材料抵抗介质腐蚀的能力。压力容器中处理的介质大多数具有腐蚀性的，在设计中必须根据操作介质来选择耐腐蚀材料.如果腐蚀发生在整个金属表面上，则称为金属的全面腐蚀；如果腐蚀均匀地分布在整个金属表面，则称为均匀腐蚀；如果腐蚀只发生在金属表面的局部区域，其余大部分表面不腐蚀，称之为局部腐蚀。(1)均匀腐蚀 均匀腐蚀是在整个金属表面均匀地发生腐蚀，这种腐蚀相对其它形式的腐蚀其危害最小。GB150中C2只考虑均匀腐蚀.C2=KB 其中B设计寿命(年)K腐蚀速率(mm/年),6,压力容器的设计寿命，除特殊要求外，塔、反应器等主要容器一般不应少于15年，一般容器，换热器等不少于8年。不腐蚀 轻微腐蚀 腐蚀 重腐蚀 B mm/年 0.05 0.050.13 0.130.25 0.25 C2 mm 0 1 2 3 压力容器设计中，对均匀腐蚀问题的对应措施是通过给出一定的腐蚀裕量。而局部腐蚀问题相对均匀腐蚀要困难和复杂得多。（2）局部腐蚀：电偶腐蚀 缝隙腐蚀 点腐蚀,7,晶间腐蚀 选择性腐蚀 应力腐蚀 腐蚀疲劳 冲刷腐蚀 对压力容器设计人员来讲，应当尽量将“环境-材料”因素都考虑进来，所有的腐蚀问题都应当在设计中给予考虑。（3）应力腐蚀 应力腐蚀是指金属在持久拉应力和腐蚀性环境联合作用下产生腐蚀裂纹,并使裂纹迅速扩展,从而可能出现的早期性破坏的腐蚀形式。(通常以SCC表示),8,常见腐蚀形态示意图,9,几种常见的应力腐蚀环境:a.碳钢及低合金钢焊制化工容器对介质NaOH的应力腐蚀 与介质浓度、温度有关。当NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积大于等于5%时，也应根据NaOH溶液的浓度符合该要求。NaOH溶液浓度小于等于1%或NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积小于5%时，不受此限制。当超过以下范围的碳钢、低合金钢材料需焊后进行消除应力热处理。,。,10,b.湿H2S应力腐蚀 介质同时符合下列条件时，即为湿H2S应力腐蚀环境：温度小于等于（60+2P）；P为压力，MPa H2S分压大于等于0.00035MPa即相当于常温在水中H2S溶 解度大于等于；介质中含有液相水或处于水的露点温度以下；PH9或有氰化物(HCN)存在。C.液氨应力腐蚀环境 当容器接触的液氨介质同时符合下列各项条件时，即为液氨应力腐蚀环境：介质为液态氨，含水量不高（0.2%）,且有可能受空气(O2或CO2)污染的场合；使用温度高于5。,11,对于应力腐蚀环境的容器除进行焊后消除应力热处理，在焊接要求、焊接接头硬度等方面都要提出具体要求。奥氏体不锈钢材料在氯化物溶液、高温水、高浓度NaOH等介质往往产生应力腐蚀。（4）氢腐蚀环境 氢在常温常压下不会对铁碳合金引起氢蚀，当温度在200300发生“氢脆”，金属在高温下与氢反应生成甲烷，甲烷气在晶界空隙内引起裂纹，使材料的塑性降低，引起这种腐蚀有合成氨、合成甲醇、石油加氢等工业生产.设计温度大于等于200与氢气氛相接触的压力容器用钢应按纳尔逊曲线选材，并应留有20以上的温度安全裕度。,12,奥氏体不锈钢在氢分压范围的氢气中使用都是满意的，焊后也无必要进行消除应力热处理。（5）晶间腐蚀 可能引起晶间腐蚀环境必须是存在电解质的电化学腐蚀环境，奥氏体不锈钢晶间腐蚀的电解质主要是酸性介质。如：工业醋酸、甲酸、硝酸、草酸、盐酸、硫酸、磷酸等。防晶间腐蚀的措施：1）固熔化处理；将已产生贫铬区的钢加热到ll00左右，使碳化铬溶解，经水淬，迅速通过敏化稳定区，使合金保持含Cr的均一态。2）降低钢中碳含量；碳化铬的产生是贫铬区形成的主要原因，降低碳含量是解决晶间腐蚀的基本方法。不锈钢按碳含量的多少可分为；,13,高碳级 C0.08 低碳级 O.030.0l；极低碳级CO.Ol 3）添加稳定碳化物的元素（Nb.Ti.V）于钢中加入更易产生碳化物的元素，如钛或铌，钛和铌等元素对碳有更强的亲和力，有更强的碳化物的形成能力在较高温度下，钢中的钛或铌优先与碳结合成TiC或NbC在晶界处析出，防止或减少了Cr23C6的析出即稳定了钢中的碳，防止了贫铬区的产生。钛或铌的加入量与钢中的碳含量有关。钛含量约为碳含量的5倍铌含量约为碳含量的lO倍。4)提高不锈钢中的铬、钼含量 提高不锈钢中铬、钼含量也可提高贫铬区的铬、钼含量，降低晶间腐蚀敏感性，但受铬、钼溶解度的限制，同时铬、钼都是铁素体的形成元素，要使不锈钢保持奥氏体组织应同时提高镍含量。,14,腐蚀环境选材误区1）事先不查阅资料；2）忽视结构对腐蚀的影响；3）认为“不锈钢”(SS)是万能的耐蚀材料；4）忽视加工（焊接）对腐蚀的影响；5）不重视大气、水、蒸馏水等的腐蚀。3.材料的物理性能 材料的主要物理性能包括：密度、导热系数、比热c、熔点tm、线膨胀系数等。在不同的使用场合，对材料的物理性能有不同的要求，如用于传热表面的材料要求有较高的导热系数。,15,4制造工艺性能 材料的工艺性能，选择不合适，会造成加工困难。压力容器应考虑的制造工艺性能有焊接性、锻造性、切削加工性、热处理性及冲压性等。对压力容器来说重要的是材料的焊接性,容规规定: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,其含碳量不应大于0.25%.在特殊条件下,如果含碳量超过0.25%的钢材,应限定碳当量不大于0.45%.因为 材料的含碳量越高，热影响区的硬化与脆化倾向越大，在焊接应力作用下容易产生裂纹。国际焊接学会推荐的碳当量计算公式是:,16,日本JIS标准推荐的碳当量计算式为:,对于调质低合金钢，其强度虽高，韧性相当好，用碳当量评定不太合理，日本根据大约200种低碳、低合金高强度钢的试验数据归纳成经验公式，称为焊接冷裂纹敏感性指数或根部裂纹碳当量（Pcm）%焊接冷裂纹敏感性指数：,式中各元素的符号代表钢中含量的百分数.,17,当Ceq=0.4%-0.6%时,钢材的淬硬倾向增大,可焊性有限,焊接时需要预热.控制焊接线能量等工艺措施.当Ceq0.6%时,淬硬倾向严重,属于较难焊接的钢材,需要采取较高的预热温度和严格的工艺措施.5.组织与成份 材料的金相组织与化学成份对机械性能、耐腐蚀性能、热处理工艺及制造方法等都会产生一定的影响，所以，在选择材料时，应对其组织及成份与材料性能之间的关系有足够的了解。,一般认为:当Ceq0.4%时,钢材的淬硬倾向不大,可焊性优良,焊接时不必预热.,18,常见的金相组织有：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、马氏体等,19,奥氏体（A）强度硬度不高，塑性韧性很好，无磁性。铁素体（F）强度硬度低，塑性韧性好。渗碳体（Fe3C）硬而脆，随C%增加，强度硬度提 高，而塑性韧性下降。珠光体（P）性能介于F与Fe3C之间。马氏体（M）具有很高的强度和硬度，但很脆；延展 性差，易导致裂纹。一些合金元素在钢中的作用：铬(Cr)铬是一种十分有用的合金元素，而且极易与碳化合形成碳化物，加10%以上就成为不锈钢，它可以提高高温抗氧化性能，改善抗硫化性能。,20,高铬合金在高温下使用会产生相（相硬而脆，所以不允许出现）因为相是一种非磁性的极硬脆组织，在400-500时它的铁素体钢发生火脆化，然而Cr可以防止低温脆化及氢脆。镍（Ni）-镍能使钢组织细化，而且镍可以因为溶在奥氏体和铁素体中，使钢强化，稳定奥氏体，与Cr组织合成为良好的奥氏体不锈钢和耐热钢。Ni与Cr、Mo一起可提高钢的淬透性能。Ni显著地提高钢的低温韧性。它对钢的可焊性、可锻性方面不起有害作用。镍是一种十分有用的合金元素。锰(Mn)-锰在钢中作脱碳和脱硫剂.因为FeS溶点低,在晶间引起脆化,为了防止这种脆化,钢中Mn与S可以形成溶点很高的MnS,提高高温塑性和可锻性能.当Mn=1-1.5%时,能获得较高的强度和韧性.但随着Mn量增加,其耐酸、耐氧化性同时下降，Mn可以提高钢的淬透性。,21,钼(Mo)在一般钢中，钼的含量是0.1-0.5%左右.与Cr、Ni结合时添加1-3%可以提高钢的淬透性能，防止钢的回火脆化。Cr与Mo配合构成一系列的耐热抗氢钢种。在奥氏体不锈钢中添加Mo之后，改善其抗腐蚀性能，是一种十分有用的合金元素。硅（Si）-Si作为钢的脱氧剂添加0.4%以下,它可以强化铁素体,提高硬度,提高钢的高温抗氧化性能和耐酸性能，和Cr、Ni共存时，可以改善淬透性能。但Si增加时，铁素体会脆化，组织变粗，可焊性变差，所以Si受到一定限制。对于一些杂质在钢中的影响：硫（S）-在冶炼中不能完全脱硫，以杂质的形式留在钢内，而且往往在钢锭中发生偏析。在某些局部部位偏析量可达平均值的3-4倍。硫化物FeS对钢的塑性和韧性影响较大。S也恶化钢的可锻性和可焊性。所以S是有害杂质，在“容规”中,对容器用钢S的含量的限制有明确的规定。,22,磷（P）-磷可以固溶在钢的铁素体中，降低了钢的延伸率及断面收缩率。磷对钢最有害的影响是降低冲击韧性，随着钢中磷含量的增加，钢发生脆化，最终甚至引起常温脆化。例如：钢中含0.25%的磷(P)其冲击值为零.在一般钢中,随着磷含量增加,其脆性转变温度(NDT)也显著地增加.磷含量不高也容易引起偏析,而且其扩展速度很慢,不易用热处理方法消除偏析.另外,磷和氧亲和力较强,会恶化可焊性和可锻性.所以,磷也是有害杂质,“容规”中对容器用钢中对P含量的限制有明确的规定。氢氢原子半径极小,在钢中扩散速度比其它元素大得多,很容易透过晶格.氢可引起钢的1)氢脆；2)韧性下降；3）产生延迟裂纹；4）产生白点；5）焊接时产生凹裂纹等，为了克服这些问题，可采取真空熔炼等办法进行脱氢。另外，焊接时，焊条、焊剂要烘干。焊缝处消氢处理也是有效方法之一。,23,（二）压力容器用钢材的选用 在压力容器设计中，正确地选择钢材，对保证容器的使用安全、结构合理和降低制造成本是至关重要的。1.一般规定 1）压力容器用材料的质量及规格，应符合相应的国家标准、行业标准的规定。2）压力容器用钢应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等）、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及经济合理性。3）压力容器专用钢材的磷含量不应大于0.03%,硫含量不应大于0.02%;用于焊接压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢,其含碳量不应大于0.25%,24,4）高温时，对材料选用的要求：要求“碳素钢和碳锰钢在高于425下长期使用时，应 考虑钢中碳化物相的石墨化倾向。”奥氏体不锈钢的使用温度高于525时，钢中含碳量应 不小于0.04%。5）材料的加工性能 受压元件用的钢板冷加工、冷成型后，如变形率超过 下列范围时，应进行热处理：钢板的加工变形率按下式 计算：单向拉伸（如钢板卷圆）=/2Rf(1-Rf/R0)100%双向拉伸（如筒体折边、冷压封头）=1.5/2Rf(1-Rf/R0)100%,25,式中：钢板的变形率，%钢板名义厚度，mm Rf钢板弯曲后的中心半径，mm R0-钢板弯曲前的中心半径，对于平板为无穷大，mm 碳素钢、Q345R（16MnR）:3%(单向拉伸),5%(双向拉伸)其他低合金钢：2.5%(单向拉伸),5%(双向拉伸)碳素钢、低合金钢冷加工造成板厚减薄大于板厚的10%时，应进行热处理。钢板冲压成各种封头后，由于塑性变形，厚度会发生变化。所以对冷成型封头也需要进行热处理。这是通过恢复和再结晶过程，控制钢材的变形量不超过5%，即冷加工过程中产生的问题用热处理来弥补。,26,钢管冷弯后，如变形率超过下列范围时，应进行热处理：碳素钢、低合金钢的钢管弯管后的外层纤维变形率应不大于钢管标准规定伸长率A（5）的一半，或外层材料的剩余伸长率应不小于10%；对于有冲击韧性要求的钢管其最大变形率应不大于5%。热加工时对碳钢、低合金钢应考虑脱碳、晶粒长大及晶间氧化问题；对有抗晶间腐蚀要求的奥氏体不锈钢须考虑避开400850的敏化温区问题。6）材料代用问题：“固规”2.13节对材料的代用作了管理上的规定：,27,“压力容器制造或者现场组焊单位对主要受压元件的材料代用，应当事先取得原设计单位的书面批准,并且在竣工图上做详细记录”在压力容器的建造中，有必要详细地论证材料代用的可行性，慎重决定。应考虑如下因素：代用材料的强度级别是否影响到容器类别的划分；材料对工作介质的相容性：如应力腐蚀、晶间腐蚀等；代用材料的设计温度下的许用应力是否达到原设计的要求；代用材料是否会产生如改变焊接材料、焊接工艺等；代用材料是否会产生诸如改变热处理状态、无损检测及焊接试板等要求。,28,在材料代用的的问题上有二个问题应引起关注：1）“以优代劣”问题；2）“以厚代薄”问题；2.钢板（1）GB713-2008“GB713-2008锅炉压力容器用钢”一.钢号牌号表示方法:碳素钢和碳锰钢系低合金高强度钢：屈服强度（Q）、屈服强度下限值、压力容器（R）组合表示。例如:Q245R.钼钢、铬钼钢和铬钼钒钢：平均含碳量、合金元素字母、压力容器（R）组合表示。例如:15CrMoR.,29,二.新旧牌号对照:,30,三.新旧牌号的变化:1.材料:(1)取消：15MnVR、15MnVNR.(2)增加：14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR.（3）20R和20g合并为Q245R；(4)16MnR和16Mng、19Mng合并为Q345R；（5）13MnNiMoNbR和13MnNiCrMoNbg合并为13MnNiMoR；2.厚度变化：（1）Q245R（原20R等）厚度为6100mm,现厚度为 3150mm。（2）Q345R（原16MnR等）厚度为6120mm,现厚度为 3200mm；,31,3.S、P含量降低：(1)Q245R、Q345R原 S0.020%降为S0.015%;原 P 0.030%降为P0.025%;(2)18MnMoNbR、13MnNiMoR原 S0.020%降为 S0.010%;原 P0.025%降为P0.020%;(3)15CrMoR原 S0.020%降为S0.010%;原 P 0.030%降为P0.025%.4.冲击试验:各牌号的V型冲击指标均提高.原20g、16Mng时效冲击 试验取消。5.钢板负偏差:GB713-2008锅炉压力容器用钢板的负偏差按GB/T 709热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差的B类偏差。,32,6.组批规定:(1)GB713-1997“四同”的钢板组成,每批重量不大于25t.(2)GB6654-1996“四同”的钢板组成,钢板厚度6mm16mm,每批重量不大于15t;钢板厚度大于16mm,每批重量不大于25t.需方要求,经双方协议,厚度大于16mm的钢板可逐张进行力学性能检验.(3)GB713-2008“四同”的钢板组成,每批重量不大于30t.经双方协议,厚度大于16mm的钢板可逐张进行力学性能检验.(“四同”,即同一牌号、同一炉号、同一厚度、同一轧制或热处理制度。）,33,7.Q245R 硫磷含量及冲击功要求,34,8.Q345R(1)硫磷含量及冲击功要求,35,(2)强度指标：,36,37,(3)国内外牌号对比：1）硫磷含量及冲击功要求,38,2)强度指标,39,执行GB713-2008的几个问题：1）许用应力在GB150没有升版之前，对于新标准中的牌号的许用应力，根据附录A找到GB6654中相对应的旧牌号，在GB150中查找许用应力 2）GB713-2008的钢板厚度允许偏差按GB709-2006 B类偏差，GB709-2006 B类偏差固定值为0.3mm。按照应该考虑0.3mm的负偏差，而且将来GB150的安全系数要从3.0降到2.7，负偏差应该考虑。3）标准6.5条 根据需方需要，经供需双方协议，钢板可逐张进行超声检测，供需双方如果协商需要进行超声波检测，则需要根据表4中的规定进行逐张超声波检测，如有没有协商则不需要逐张超声波检测。4）施工图是在2008年12月31日完成的，并且材料牌号采用的是GB6654标准，制造厂采购的材料是2008年9月1号之后的，并且是按新的GB713-2008进行采购的，那么制造厂是否需要进行代材申请？回答是不需要代用。,40,（2）碳素钢 a.普通碳素结构钢 Q235-B Q235-C 钢板使用范围,41,b.优质碳素结构钢 优质碳素结构钢与普通碳素结构钢相比：硫、磷含量较少，机械强度较高。按GB699-88优质碳素结构技术条件规定。压力容器用钢与锅炉用钢类同，首先要求保证足够的强度，还要有足够。的塑性，质地均匀等。因此，必须用杂质和有害气体容量较低的镇静钢如：Q245R（20R）。(3)低合金钢 低合金钢是指钢中合金元素总含量在25%以下的钢种，与一般碳素钢相比，它的机械性能提高了，耐热性、耐腐蚀性、耐磨性都有所提高。因此，它在压力容器制造业中得到广泛的应用。压力容器用低合金高强度的钢的屈服强度范围:294-696 MPa.,42,a.低合金钢中最常用的有：16MnR（Q345R）它不仅硫、磷含量控制较严，更重要的是要求保证足够的冲击韧性，在钢材验收方面也比较严格。因此其使用压力不受限制。使用温度下限可达-20，是目前应用极广的好材料.b.中温抗氢钢 氢在常温压下不会对铁碳合金引起显著的腐蚀，但当温度为200300，压力高于30MPa则将产生极强的腐蚀作用，发生所谓“氢脆”现象。防止氢腐蚀的途径有:一是降低钢中碳的含量，例如采用微碳纯铁，可以完全消除氢腐蚀产生的根源；二是采用抗氢钢，在钢中加入钼、铬、钨、铌、钛等元素，形成稳定的铬、钼等碳化物，使氢与碳不能结合。我国生产的中温抗氢钢有：15CrMoR、14Cr1MoR等。,43,c.低温用钢（GB3531）使用温度在-20以下的压力容器用钢,属于低温用钢.对低温用钢的基本要求是:低温下的足够的强度；低温下的充分的韧性；良好的焊接性能和冷热加工性能；对于所容纳的介质应具有良好的耐蚀性。产生容器低应力破坏的主要原因之一是由于钢材在低温下的冲击功值明显下降，因此，低温用钢的质量在很大程度上取决于在使用温度下冲击功的大小。低温容器受压元件用钢必须是镇静钢。碳素钢和低合金钢板使用温度低于或等于-20时，其使用状态及最低冲击试验温度应符合GB150中节 表4-2的要求。在低温容器中的受压元件均必须进行低温夏比（V型缺口）冲击试验，钢材应按批进行冲击试验复验。因为低温容器用钢，其低温下的缺口韧性是最重要的指标，在各国的材料标准中均反映了这一要求。,44,GB3531-1996低温压力容器用低合金钢板：共有3个钢号，原有4个，02年修改单取消09Mn2VDR。低温 40 用钢 16MnDR 低温 45 用钢 15MnNiDR 低温 70 用钢 09MnNiDR,45,GB150附录C表C2就规定：低温夏比（V形缺口）冲击试验最低冲击功规定值：,46,(4)高合金钢（GB24511-2009）不锈钢按金相组织可分：铁素体不锈钢；马氏体不锈钢；奥氏体不锈钢；双相不锈钢。铁素体不锈钢，如：S11306(0Cr13)，铁素体不锈钢不会发生相变，不能用热处理强化。这类钢有三种脆性：475脆性；相脆性和晶粒长大脆性。当板厚6mm时，可在室温下缓慢冷却成形，但翻边或深冲压应经100300加热，以防开裂。焊接时有产生冷裂和脆化倾向，过热区晶粒急剧长大，热处理也不能使晶粒细化，常温冲击韧性低。焊前要预热，并采用小的线能量。这类钢用于腐蚀性不强和防污染的设备，其设计压力0.3Mpa.S11306(0Cr13)用于抗水蒸汽、碳酸氢氨等设备。也有作为衬里或复合钢板，例如:炼油厂的某些预加氢设备.0Cr17Ti用于稀硝酸、硝铵等，如吸收塔、换热器等，也用于食品及酿造等设备，其设计压力0.3Mpa.。,47,马氏体不锈钢，如：1Cr13，2Cr13等，马氏体不锈钢具有强烈的淬硬倾向和冷裂倾向，在弱腐蚀介质中有良好的耐腐蚀性能，在淡水、海水、蒸汽中也有较好的耐腐蚀性能。奥氏体不锈钢，如：S30408等，奥氏体不锈钢具有优良的工艺性能和抗腐蚀性能，强度硬度很低，无磁性，不能热处理强化，可通过冷作硬化，其应用最广。为防止晶间腐蚀，可加Ti或Nb等稳定化元素；18-8钢在浓度65%、温度80的硝酸中是稳定的；在醋酸（常温）和不含氯离子、浓度小于60%沸磷酸也是稳定的。常用于硝酸生产中的吸收塔、换热器、合成塔内件等，钢中加入Mo、Cu能提高钢在尿素、硫酸等介质中的耐蚀性。,48,常用的三个奥氏体不锈钢（GB24511-2009）1.S30408(06Cr19Ni10)（ASME SA304）;该钢是通用的18-8型铬镍奥氏体不锈钢，也是热强钢。具有良好的耐蚀性能、焊接性能和低温性能，热强性能较好，冷变形能力高。在石油化工中得到广泛应用。用于锅炉管子允许的抗氧化温度为705。2.S32168(06Cr18Ni11Ti)（ASME SA321）该钢含有较多的镍，因此奥氏体组织较为稳定，除具有良好的耐蚀性能外，并具有更好的热强性和持久断裂塑性。在石油化工中应用广泛。3.S31603(022Cr17Ni12Mo2)（ASME SA316L）由于该钢含有23%的钼，对各种无机酸、有机酸、碱、盐类的耐蚀性尤其是耐点蚀性显著提高，在高温下具有良好的蠕变强度。广泛用于石油化工设备及管道。,49,奥氏体-铁素体双相不锈钢，如：S21953(022Cr19Ni5Mo3Si2N)等，奥氏体-铁素体型不锈钢室温下存在双相，使钢的S提高，022Cr19Ni5Mo3Si2N耐应力腐蚀、点腐蚀性能良好，能适用含氯离子环境和炼油、化肥、造纸等设备。高合金钢的合金元素总含量大于10%，其中奥氏体不锈钢在常温和低温下有很高的塑性和韧性，不具磁性。由于这种钢是单相的奥氏体组织，在许多介质中有很高的耐蚀性。其中铬是不锈耐酸钢抗氧化性耐蚀性的基本元素，合金中含碳量的增加将降低耐蚀性能，所以该含碳量0.080.12%左右为高碳级不锈钢，钢号前以“1”表示。含碳量0.03C0.08%为低碳级不锈钢，钢号前以“O”表示。含碳量0.03%为超低碳级不锈钢，钢号前以“00”表示。,50,奥氏体铬镍不锈钢压力容器在加工和使用过程中，在400450下重复加热，并且持续时间较长时，就会产生晶间腐蚀而破坏。通常把上述温度称为危险温度。因此，在不锈钢焊接过程中，其焊缝热影响区产生晶间腐蚀危险特别大，这是由于在焊接后的冷却过程中，要通过危险温度的缘故。为此在不锈钢件焊接时，要求各连接件同时达到熔点。这对等厚板容易保证，而当两连接件相差较多时，就要注意将厚板削薄；容器壳体上的纵焊缝不允许与环焊缝十字交叉，必须将两条焊缝拉开一段距离该距离应大于名义厚度的三倍，且不小于100mm。不锈钢的导热系数是碳钢的1/31/4，而它的线膨胀系数却是碳钢的1.5倍。因此，在焊接时必须注意，否则会引起很大的残余应力。,51,由于不锈钢的钢号很多，性能各异，使用范围又广，因此，在腐蚀环境中不锈钢的合理选择和正确使用不仅重要，而且具有相当的难度。在腐蚀环境中选择不锈钢时，除应对不锈钢的具体使用条件有详细的了解外，还需要考虑的主要因素有：不锈钢的耐蚀性，强度、韧性和物理性能，加工、成形性能。资源、价格和取得的难易。选择不锈钢既要考虑其耐一般腐蚀的性能，又要考虑其耐局部腐蚀的性能。在一些水介质和化工介质中，后者更需予以注意。这是因为不锈钢的局部腐蚀多在耐一般腐蚀性能很好的腐蚀环境中发生，局部腐蚀常常导致不锈钢设备、部件的突然破坏，其危害性远远大于一般腐蚀。不锈钢的应用十分广泛，但就每个具体钢号而言，其应用都有局限。如S30408在硝酸介质中稳定性较高，但它不耐盐酸和硫酸的腐蚀。,52,同一种介质，浓度和温度不同，腐蚀性也有很大差别。如浓度低于50%的硝酸，室温下用0Cr13也能满足要求，但在沸腾温度下则需采用Cr18Ni9型不锈钢。因此，不锈钢的选用要根据介质种类、浓度、温度等具体条件具体分析来确定。3.钢管 选用钢管应根据容器的具体设计条件，尽量选用和容器相匹配的材料，和容器一样注意碳素钢、碳锰钢在高于425温度下长期使用，钢中碳化物相的石墨化倾向，奥氏体不锈钢在特定条件下的晶间腐蚀倾向 对于较高压力的接管或以增加壁厚作为开孔补强时，根据需要选用标准中壁厚较大的无缝钢管。换热管用钢管使用还应符合GB151的规定。,53,a.碳素钢钢管的使用范围,54,b.低合金钢钢管的使用范围,55,c.高合金钢钢管的使用范围,56,d.换热器用不锈钢钢管的使用范围,57,4.锻件 1）锻件按使用要求分为、四个级别，每个级别的检验要求及指标要求按NB/T47008 NB/T47010-2010规定。用作圆筒和封头的筒形和碗形锻件及公称厚度大于300mm的低合金钢锻件应选用级或级。锻造后锻件主截面与锻造前锻件主截面之比为锻造比。锻件的热处理状态除因钢种而异外，主要取决于锻件公称厚度的大小，一般公称厚度小于300mm进行正火+回火，公称厚度大于300mm的进行调质（淬火+回火）。同时要考虑到钢材的性能与热处理状态的对应关系，避免利用热处理不适当地提高力学强度。2）锻件形状。锻件在锻造过程中与主锻造方向垂直的截面的厚度为公称尺寸（截面尺寸）。公称尺寸的确定方式如下：,58,59,a)筒形锻件（LD）,t为公称厚度 b)环形锻件（LD）,L和t中的小者为公称厚度 c)饼形锻件（tD）,t为公称厚度 d)碗形锻件（HD），t1和t2中的小者为公称厚度 e)长颈法兰锻件（HD）t1和t2中的小者为公称厚度 f)条形锻件（LD）,D为公称厚度 3)锻件级别的确定 锻件的级别由设计单位确定，并应在图样上注明，如16Mn。压力容器用锻件应根据其使用条件及尺寸、重量大小、选用相应的锻件级别，HG20580-1998有如下的规定：,60,1.设计压力小于10.0 Mpa的法兰及几何尺寸类似的锻件应符合级或级以上的要求。2.设计压力小于1.6 Mpa的锻件应符合级或级以上的要求。3.设计压力小于10.0 Mpa的中小型锻件应符合级要求，大型锻件应符合级或级要求。4.使用介质的毒性为极度或高度危害的锻件以及截面尺寸大于300mm的锻件应符合级或级要求。5.非受压元件用中小型锻件应符合JB4385锤上自由锻件通用技术条件的级或级以上的要求。大型锻件应符合JB4385的级或级以上要求。,61,NB/T47008 NB/T47010-2010；锻件的级别:,.它们的检验项目是：如:NB/T47008-2010级:硬度（HB）逐件检查级:拉伸和冲击（b、s、5、AKV）同炉批号、同炉热处理的锻件抽检一件级:拉伸和冲击（b、s、5、AKV）同炉批号、同炉热处理的锻件抽检一件 超声检测:逐件检查级:拉伸和冲击（b、s、5、AKV）逐件检查 超声检测:逐件检查,62,管法兰锻件级别的选用 锻制管法兰的材质、级别及其技术要求应符合NB/T47008-47010的相应要求，其锻件的级别如下。公称压力PN为0.251.0MPa的碳素钢、奥氏体不锈钢锻件采用I级锻件。除以下规定外，公称压力PN为l.66.3MPa的锻件级别不低于级。符合下列情况之一者，应采用级锻件：公称压力PN10.0MPa法兰用锻件；公称压力PN40MPa铬钼钢锻件；公称压力PN1.6MPa且工作温度一20的铁素体锻件；介质毒性为极度或高度危害用的锻件。,63,5紧固件 紧固件的使用温度范围应符合GB150表4-10,螺栓的硬度应比螺母稍高（HB30），可通过选用不同钢材或不同热处理而获得。如：螺柱钢号：Q235-A、35；螺母用钢：Q215-A、Q235A 标准：GB700(使用状态,热轧)；使用温度：-19200 适用于：P10.0Mpa容器.密封要求高时,使用温度宜小于 等于200。螺柱钢号：30CrMoA、35CrMoA 螺母用钢：Q215-A、Q235A 标准：GB700(使用状态,热轧)；使用温度：-19300 适用于：适用于P2.5Mpa容器及密封要求高时,使用温度宜小于等于400。,64,（1）商品级紧固件：a.碳钢 碳钢螺栓、螺柱和螺钉：在GB3098.1-82紧固件力学性能 螺栓、螺柱和螺钉中的性能等级的标代号由“.”隔开的两部分组成;笫一部分数字(“.”前)表示公称抗拉强度(b)的1/100；笫二部分数字(“.”后)表示公称屈服点(s)或公称屈服强度(0.2)与公称抗拉强度(b)比值（屈强比）的10倍。这两部分的乘积为公称屈服点(s)或公称屈服强度的10倍。例如：8.8级-即公称抗拉强度b=800MPa,公称屈服强度0.2=640 MPa.性能系列为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9。,65,螺母：在GB3098.2-82紧固件力学性能 螺母中性能等级的标记：当公称高度0.8D时，用公称抗拉强度b的1/100来表示性能等级，例如：8级即公称保证应力800 MPa 性能等级系列为4、5、6、8、10、12；当公称高度0.5D，且0.8D时（即扁螺母），用“0”及一个数字标记；其中数字表示用淬硬芯棒测出的保证应力的1/100，而“0”表示这种螺母组合件的实际承载能力比数字表示的承载能力低，例如：0.4级 即公称保证应力400 MPa，实际保证应力380 MPa。平垫圈：平垫圈的性能等级标记代号由数字和字母组成，数字部分表示最低的维氏硬度值，字母表示硬度，性能等级系列为：100HV、140HV、200HV、300HV。例如，140HV即维氏硬度140。,66,不锈钢：不锈钢螺栓、螺柱、螺钉和螺母在GB3098.6-82紧固件力学性能 螺栓、螺钉、螺柱和螺母中的性能等级的标记由材料组别和性能等级两部分组成：笫一部分由字母和数字组成在“-”前表示材料组别。,67,笫二部分数字在“-”之后表示产品的性能等级，其数字为公称抗拉强度（b）的1/10.性能系列为：A1-50、A2-50；A4-50、A1-70、A2-70、A4-70、A1-80、A2-80、A4-80、C1-50、C1-70、C3-80、C4-50、C4-70、F1-45、F1-60。例如：A2-50与A2-70虽然可以是同样的材料，但通过冷作硬化可使b改变。不锈钢平垫圈性能等级的标记代号由字母和数字组成，字母表示材料类别，数字部分表示最低的维氏硬度值。性能等级系列为：A140、A200、A350。例如：A140即奥氏体不锈钢，维氏硬度140。,68,（2）商品级紧固件在管法兰中的使用限制条件 a.商品级六角螺栓的限制使用条件：PN1.6 MPa；剧烈循环场合；半金属或金属垫片场合；易燃、易爆毒性危害程度较大。b.商品级双头螺柱及螺母的限制使用条件：PN4.0 MPa；剧烈循环场合；半金属或金属垫片场合；高温、剧烈循环场合或PN16.0 MPa的高压条件 下,应选用全螺纹螺柱.,69,6.焊接材料 钢制压力容器的溶化焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、等离子弧焊、气体保护焊和电渣焊。焊接方法在条件允许的条件下首先选用自动焊。手工焊焊条是由焊条芯和药皮两部分组成。焊条芯起导电和填充焊缝金属的作用，它的化学成分和非金属夹杂物的多少将直接影响焊缝质量。药皮则用于保证焊接顺利进行.焊条有酸性焊条、碱性焊条（低氢焊条）对焊接二类、三类容器不宜用酸性焊条，应选用低氢碱性焊条。对焊后需热处理的容器还要求焊条含钒量不得大于0.05%。焊材选用：根据母材的化学化学成份、力学性能、焊接性能结合压力容器的结构特点和使用条件进行综合考虑以确定选用焊接材料，必要时，要通过试验确定。,70,相同钢号相焊的焊缝金属，应符合下列要求：1）碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且不应超过母材标准规定的抗拉强度的上限。2）铬钼低合金钢的焊缝金属应保证化学成分和力学性能，且需控制抗拉强度上限。3）低温用低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，特别应保证夏比（V型）低温冲击韧性。4）高合金钢的焊缝金属应保证力学性能和耐腐蚀性能。5）不锈钢复合钢板基层的焊缝金属应保证力学性能，且需控制抗拉强度上限；复层的焊缝金属应保证耐腐蚀性能，当有力学性能要求时还应保证力学性能。,