钢的纯净化是压力容器安全的重要保证VIP

第卷 第期 机 工程材抖 年月 总第期纪念特刊专稿 钢的纯净化是压力容器安全的重要保证 柳曾典 华东理工 大学 , 上海 摘要 以 一些实例的有关数 据 , 说明钢 中有害元素 如硫 、 磷 、 氧 、 氢 、 砷等降到极低水平 , 可使某些 对压力容器用钢特别 重要的性能如钢 的韧性 、 杭应 变时效性能 、 杭回火脆 化性 能 、 杭中子辐照脆化性 能 、 杭湿硫化氢腐蚀性能等大幅度提高 。 因此 , 钢的纯净化是压力容器安全的 重要保证 。 叙词钢纯净 压力容器安 全 , , 、 , , , , , , 一 , , 引言 近年来 , 冶金技术有了突飞猛进的进展 。 由于 采用了氧气吹炼 、 炉外精炼及 电渣重熔等先进技术 , 可 使钢中硫 、 磷 、 氧 、 氢等各种有害杂质元素降低到极低 的水平 , 使得钢的纯净度很高 。 压 力容器钢的纯净化 、 是近年压力容器钢最突出的进展 。 纯净的压为容器 钢 , 不仅可改善压力容器的制造工艺性 , 如使焊接性良 好 , 防止在钢的焊接过程中生成冷裂纹 、热裂纹与层状 撕裂等各种缺陷 , 更重要的是可显著改善压力容器钢 的使用性能 , 从而大大提高了压力容器的使用安全性 。 本文列举一些实例说明压力容器钢的纯净化对提高压 力容器使用安全的重要作用 。 提高钢的韧性 众所周知 , 压力容器的爆破常常是因为容器 中有 过大的缺陷所引起的 。根据断裂力学分析, 对同一牌号 的压力容器钢 , 如果钢的韧性越高 , 则用此种钢制成的 教授 , 华东理工大学化土机械研究所所长 容器中 , 相对所容许存在的缺陷尺寸将越大 , 容器的安 全性就越高 。 表列出用 不同冶炼方法生产 , 硫 、 磷含 量不同的钢板 , 在不同温度下的冲击韧性 。 可 见提高钢的纯净度可显著提高其韧性 。 提高核反应堆压力容器用钢的断裂韧性对保证该 反应堆压力容器安全使用极为重要 。 图表示出不同 年份生产 的轻水反应 堆压力容器用 一 钢板与 一 锻件因改进冶炼技术 , 提高了钢的纯净度 , 从 而使钢的断裂韧性有显著提高 。 所有的断裂韧性都是 由厚度大于的大型试样测得 。 由图可见 , 钢 的 。值 达 到 的 温 度 , 在年约为 而到年则降到一 。 上海石油化工总厂的超高压聚乙烯反应器所用的 超 高 压钢管 , 操作压力为 , 采用美国牌号的 钢 。 该钢管为日本生产 , 先采用 电炉冶炼 , 再经真 空脱气处理 。 钢中的实际杂质元素含量见表 。 钢的实 测犬值为 玉 。 由于超高压管的工作压力极高 , 一旦爆破 , 危害极 大 。 为安全考虑 , 要求钢有很高的断裂韧性 , 以保证钢 管在使用 中 , 如有裂纹扩展 , 也只会扩展穿透壁厚 , 发 柳曾典钢的纯净化是压力容器安全的 重要保证 表不同纯净度的钢的冲击韧性 钢板状态 型缺口冲击功 , , 一一一一 一 规定 一 热轧或正火镇镇 正火 正火 通常以应变时效处理前后钢的冲击韧性的变化率即 式中的应变 时效敏感性系数力评价钢的应变时 效敏感性 , 以 , 劝鲜作为 、 评定标准 园 塑尽酬鑫 日荟卜佗 吕 召 公 其余的 一 一 试验温度 屈服强度 图不同年份生产材料的断裂韧性曲线的比较 生泄漏 , 而决不会 引起钢管的爆 破 , 即 所谓 “ 只漏 不 破 ”。 在生产钢管时 , 为得到高的断裂韧性 , 有时要采用 更好的冶炼方法 , 得到更纯的钢 。 图表示出同一超高 压钢管用钢 由于采用不同的冶炼方法 , 钢的纯净不同 , 其屈服强度与断裂韧性的关系 表钢超高压管中杂质元素含盘 , 注供货时钢中 、 、 、 , 、 含量仅供参考由 于钢相当干我国钢 , 故钢中限制钒含量 图熔炼方法与屈服强度对钢的断裂韧性的影响 一吓 且人 、 丫 俗 式中和分别为应变时效前后 的冲击功的 平均值 。 曾对两种不 同纯净度的钢进行试验 。 应 变时效处理 的方法 为钢经冷变形后再经加 热 。 两种钢的化学成分见表 。 在不同温度时钢的 应变时效敏感系数见表 。 由表的试验结果可知纯净 度高的钢有很好的抗应变时效性能 。 提高钢的抗回火脆化性能 提高钢的抗应变时效性能 目前冷加工成型在压力容器制造时应用很广泛 , 如筒节的冷卷 、封头的冷旋压、 球形容器的冷态无模胀 形等 。 这些经冷加工塑性变形的钢 , 在使用中经一定时 间的时效后 , 会发生应变时效脆化 。此种应变时效对 压 力容器用钢最显著的影响是使钢的塑性和韧性降低 。 石油化工 生 产中的加氢反应器在一行高 温和高压氢介质下工作 , 为满足抗氢腐蚀与高温力 学 性 能 的要求 , 在低于注时均采用城钢 。 当温度高于时 由于写钢 的高温力学性 能 偏低 , 将采用钢 。 但城钢与 钢在此温度范围 内长期使用后将会产生回火 脆化 , 使钢的韧性显著下降 。 严重的回火脆化将会危及 加氢反应器的安全使用 。 表用不同熔炼方法所得不同钢的化学成分 , 钢板状态 正火 正火 。 , 。 吕 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m 柳曾典钢的纯 净化是 压力容器安全的 重要保证 表不同熔炼方法的钢应变时效的敏感性 钢板状态 温度 , 一一一 正火 二二 月月乙 、二二 架架 氢氢氢氢氢氢 只 侣侣 蒙蒙 一一 。 乙义的居十一的 报婿 那 正火 , , , , , , 工 年份 图城钢锻件 , 系数的逐年改进 钢板 一 减未幅照 直 已幅照 冬 些 竺, 恻 二叭勺曰 日 芯逆瑞多彭 经研究发现钢 中 、 、 等杂质元素会使钢 的回火脆化敏感性增 加 , 钢 中与的含量增高也 会对脆化起促进作用 。 由于 目前的冶炼水平可将钢中 与控 制在极低的含量镇 , 镇 。 , 故人们常用系数表示城钢 的回火 脆化敏感性 只火 人们还研究得 出一种在较短 时间内用加速试验得 出城钢回火脆化敏感性的方法 , 称为步冷法 , 用钢经步冷试验后脆性转变温度升高值 表 示 回火脆化的敏感性 。 图表示出钢的系 数与回火脆化敏感性的关系 。 卜 尔步砂令 水悴 一 温度 攫 。 系数 图该 。 钢回 火脆性与系数的关系 年代以来 , 由于采用炉外精炼 等炼钢技术 , 可 使钢中含量大为降低簇 。 , 钢中与的含 量也很低 。 如图所示 , 到年代系数已降到 。 左右 , 有效地降低了写 。 钢的回火脆化敏感性 。 提高钢的抗中子辐照脆化性能 反应堆压 力容器与普通压力容器不同点之 一是在 中子辐照 环境中工作 。 钢经中子辐照后强度会上升 , 但 韧性显著下降 。 这种因中子辐照而使钢的韧性降低的 现象称为中子辐照脆化 。 钢 中铜与磷的含量对中子辐 照脆化影响很大 , 图为不 同铜与磷含量的钢对 中子 辐照脆化的影响 。 美国锅炉及压力容器规 范 中对 中子辐照 图低铜低磷钢与普通钢板对辐照 影响的比较 脆化 的影响用参考的无塑性转变温度 二 向较高 温度的偏移量 来表示 。 二值与钢中铜和 磷的含量 直 接 有关 。 美 国的管 理 规 则 中甚至用公式由钢 中铜与磷的含量直 接估算 、值 。 下 仁 一 一 告 式中汀为中子通量单位 采用现代的冶炼方法已可将钢中铜和磷的含量分 别控制在 。 和以下 , 使钢的中子辐照脆 化倾向很小 。 提高钢的抗湿硫化氢腐蚀性能 近年来原油的