压力容器用16MnR与SA—516钢板的分析比较

压 力容器用 1 6 Mn R与 S A一5 1 6 钢板的分析比较 中国石化工程建设公司段瑞 摘要： 对压力容器设计 中常用 的 1 6 M n R 与 S A一5 1 6板材从化学成分 、 力学性能等方面进行 了分析 和 比较， 并对其设计选用提 出了几点建议 。 关键词： 压力容器； 材料 ； 分析 中图分类号- T Q 0 5 0 4 ； T Q 0 5 3 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 1 4 8 3 7 ( 2 0 0 2 ) 0 70 0 4 9 0 3 Ana l y s i s a n d Co mp a r i s o n o f 1 6 M n R a nd S A - 51 6 Pl a t e s f o r Pr e s s u r e Ve s s e l s S i n o p e c En g i n e e r i n g I NCDUAN Ri ft Abs t r a c t ： Ba s e d o n c o mp a r e a n d a n a l y s i s o f c h e mi c a l c o mp o s i t i o n、 me c h a n i c a l pr o p e r t y o f 1 6 Mn R a n d S A 一 51 6 f o r p r e s s u r e v e s s e l ，s o me s u g g e s t i o n s f o r d e s i g n a n d s e l e c t i o n o f t h e s e ma t e ria l s h a d b e e n g i v e n i n t hi s p a p e r Ke y wo r d s ： p r e s s u r e v e s s e l ； ma t e ria l ； a n a l y s i s 1 概 述 近年来 ， 随着涉外项 目的增多 ， 在许多装置的低 温 ( 设计温度为 一2 o一一5 0 ) 容器设计 中常采用美 国 A S ME规 范中的 S A一5 1 6材料 。而国产 1 6 Mn R材 料则不适宜用于低温设备设计选材 。二者之间的差 别在哪里?本文试图从化学成分 、 拉伸性 能、 冲击功 等钢板性能方面对其进行分析和比较， 以便尽可能 在实际工作 中正确选用。 2 化学成分分析 化学成分对 比详见 表 1 。从 表 1可以得 出 以下 几点 区别 ： ( 1 ) S A 一5 1 6的板 厚 范 围 1 2 i n ( 1 2 5 m m) 时 ， S A一5 1 6的 5 5 、 6 0 、 6 5 、 7 0级的 M n含量 随级别 的 增高而增高， 但是 6 5 、 7 0 级的 M n 含量是相等的。 ( 5 ) 总体 而言 S A一5 1 6的 c含量较 1 6 Mn R高一 些 ， 其标准上限值 已超过 压力容器安全技术监察规 程 的有关 规定 ， 而 1 6 Mn R的 Mn 、 S i 含 量( 包括 上 、 下限 ) 较 S A一5 1 6高一些 。 ( 6 ) 1 6 M n R钢的 S 、 P含量 比 S A一5 1 6要求更严 ， 且能符合 压力容器安全技术监察规程 中对压力容 器用钢材 的 s 、 P含量 的要求 ， 而 S A一5 1 6不 能满足 这一要求 。 3 拉伸性能分析 拉伸性能对 比详见 表 2 。从表 2可以得 出以下 几点 区别 ： ( 1 ) S A一5 1 6的 、 随等级的不同而不同 ， 级 别越高其 、 也在增 高 ； 同一 级别 的 S A一5 1 6其 维普资讯 压力容器用 1 6 Mr d l 与 S A一5 1 6 钢板的分析比较 V 0 l 1 9 N o 7 2 0 0 2 c r 6 、 不随板 厚 的变 化而 变化。而 1 6 Mn R的 o - b 、 随板厚的不同而不同， 厚度增加其 6 、 下降。 ( 2 ) s A一5 1 6的随等级的增高， 其伸长率下降； 而 1 6 M n R随板厚的增加， 伸长率下降。 表 1 化 学成分对 比 s A一 5 1 6 1 6 Mn R 元 紊 5 5级 6 o 级 6 5 级 7 0 级 1 2 i n ( 1 2 5 m m) 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 2 7 1 22 i n ( 1 2 55 0 ra m) 0 2 0 0 2 3 0 2 6 0 2 8 ( =6 1 2 0 m C 2 4 in ( 5 0一l O O m m) 0 2 2 0 2 5 0 2 8 0 3 0 0 2 0 ) 48 i n ( 1 0 02 0 0 ra m) 0 2 4 0 2 7 0 2 9 0 3 1 8 i n ( 2 O O m m) 0 2 6 0 2 7 0 2 9 0 3 1 1 2 m ( 1 2 5 m m ) 熔炼分析 0 6 0 0 9 0 0 6 00 9 0 0 8 51 2 0 0 8 51 2 0 MI l 成品分析 0 5 5 0 9 8 0 5 5 0 9 8 0 7 91 3 0 0 7 91 3 0 1 2 0 1 6 0 熔炼分析 0 6 0 1 2 0 0 8 5 1 2 0 0 8 5 1 2 0 0 8 51 2 0 1 2 i n ( 1 2 5 m m) 成品分析 0 5 5 1 3 0 0 7 9 1 3 0 0 7 9 1 3 0 0 7 9 1 3 0 熔炼分析 0 1 50 4 0 0 1 50 4 0 0 1 50 4 0 0 1 5 0 4 0 S i 0 2 00 5 5 成品分析 0 1 30 4 5 0 1 30 4 5 0 1 30 4 5 0 1 3 0 4 5 0 0 3 5 0 0 3 5 0 0 3 5 0 0 3 5 00 3 0 S c D 0 0 3 5 0 0 3 5 0 0 3 5 0 0 3 5 0 if 2 0 注 ： 对熔 炼分析和成 品分析都适用 ； 仅指熔炼分析 。 寰 2 拉伸性能对比 伸长率 伸长率 等级 嘞 如 牌号 厚度 加P a MP a ( 标距 ( 标距 2 c 1 0 lI n m) 5 0 mm) 5 5 3 8 05 1 5 2 0 5 2 3 2 7 S A一 6 0 4 1 55 5 0 2 2 o 2 1 2 5 5 1 6 6 5 4 5 05 8 5 2 4 0 1 9 2 3 7 0 4 8 56 2 0 2 6 0 l 7 12 1 =61 6 5 1 06 4 0 3 4 5 1 2 1 l 63 6 4 9 06 2 o 3 2 5 2 1 1 6 Ml l R 3 66 0 4 7 06 0 0 3 晒 2 1 6 01 0 o 4 6 OS 9 o 2 8 5 2 0 l 0 01 2 l 0 4 5 05 8 0 2 7 5 2 0 4 冲击功的分析 冲击功 ( 夏 比 V型缺 口) 对 比详 见表 3 。从 表 3 可以得出以下结论 ： ( 1 ) s A一5 1 6 ( 如定货单 中规定增 加 “ s 5夏 比 v 型缺 口冲击试验” 项 目) 在 一2 9一5 o 范围内有低 温冲击功性能要求， 可用于相适宜的低温工况下。 ( 2 ) 1 6 N n R只做 0 的冲击功试验 ， 故一般情况 下 ， l 6 Mn R只能用于 0 以上工况。 ( 3 ) 1 6 Nn R钢板夏 比 V型缺 口冲击试 样的取样 方向为横向， 而 s A一5 1 6既使增加了“ s 5夏比 v型 冲击试验” ， 其试样 的取样方 向还是纵 向， 而钢板 的 纵、 横向性能还是有差别的， 这应符合我国有关标准 的规定。 50 ( 4 ) 根据 G B 1 5 0的有关 规定 ， 当 1 6 Mn R用 于制 造压力容器壳体时， 其最低使用温度不得低于 一 2 o ， 并需做相应的低温冲击试验且其最低冲击功 规定值要求大于 2 0 J 。 表 3 冲击 功对 比 试验 温 度 ， ( o F) V型 牌号 冲击功 1 2 5 5 0 7 5 A K v ( 纵 1 2 ， 5 mm 5 0 ram 7 5 瑚 l l 2 5 舢 向) ， ( J ) 一 5 0 一5 0 一 4 5 一4 5 5 5 级 ( 一6 0 ) ( 一6 0 ) (一5 0 ) ( 一5 0 ) 一 5 0 45 一45 一45 1 75 s A一 6 0 级 ( 一 6 0 ) ( 一5 0 ) (一5 o ) ( 一5 o ) 5 1 6 一5 o 一 4 5 一 4 0 一3 o 6 5 级 ( 一6 0 ) ( 一 5 0 ) ( 一4 o ) ( 一2 5 ) 2 0 一 4 5 一 4 0 一3 5 一2 9 7 0级 ( 一5 0 ) ( 一 4 0 ) ( 一3 o ) ( 一2 o ) AK v ( 横 1 6 ：6 1 2 0 m m 0 向 ) ， ( J ) 3 1 注： 根据 G B I 5 0 1 9 9 8 第 4 2 7条的规定， 当 1 6 M n R用于制造压 力容器壳体且使用温度低于 O ， 3 8 I m n 或使用温度低于 一l O ， 2 o 一 时， 均需做低温冲击试验。其最低冲击试验温度为 一 2 0 ， 其最低冲击功规定值为 A K v ( 横向) 2 o J 。 寰 4 化学成分对比 材料牌 号 C M I l s i P S l 6 M n R 供应值 0 1 7 1 4 3 0 2 8 0 0 1 9 0 0 1 8 S A一5 1 6 供应值 0 1 6 1 1 3 0 4 0 0 0 o 6 0 0 o 1 7 0 级 实测值 0 1 4 1 1 3 0 3 8 0 0 1 7 0 0 o 3 因此 ， 在设计 中应注意 ， 1 6 M n R不得用于低温容 器 ( 一2 o ) 。但 1 6 Mn DR是可以用于低温容器 的 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第 l 9卷第 7 期 压 力 容 器 总第 1 1 6 期 制造 ， 特别需要指出的是 ： S A一5 1 6虽然可 以用于低 温容器 ( 一2 0 ) 的设计选 材的 ， 但 是必须在 定货 合 同中增加 “ s 5夏 比 V型缺 口冲击试 验” 项 目， 并 要求供货商提供横向冲击功值 ， 否则 ， 供货商提供的 S A一 5 1 6不做夏 比 V型缺 口冲击试验或不保证钢板 的冲击功 ， 这样 的钢板也不得用于低温压力容器 。 表 5 拉伸 性能对 比 材 料牌号 ( b l P a ) d ( b l P a ) 艿 5 ( ) l 6 M n R 供应值 S 4 0 3 5 0 2 9 S A一5 1 6 供应值 5 6 7 4 0 6 2 4 7 0级 实测值 5 6 1 7 4 0 6 7 2 7 2 表 6 冲击功对 比 材料牌号 A ( J ) A ( J ) A ( J ) l 6 Mn R 供应值 5 l 5 l 5 8 4 5 4 6 4 0 S A一5 l 6 供应值 7 6 8 8 l 7 0级 7 7 ( 一5 o 下 ) 实测值 ， 踟 注： 表 4 6中的 S A一 5 1 6 G r 7 0材料数据来源于国内某乙烯工程 中的某 台设备所用 板材 ， 且为 在定 货合 同 中增 加 了“ S 5夏 比 v型 缺 口冲击试验 ” 项 目。 5 实物 性能对比 表 4表 6给出了国内某公司生产 的 1 6 M n R与 国外进 口的同厚度( =2 0 n m a ) S A一5 1 6 7 0级材料的 化学成分 、 拉伸性能及其 冲击功的试验结果 。 6 结语 ( 1 ) 国产 1 6 Mn R材料标准( G N 5 6 5 4 ) 在某些 指标 上 比 S A一5 1 6材料标准 的要求 高 ， 如杂质 S 、 P的含 量等方面。 ( 2 ) 1 6 Mn R不 能用 于低温 容 器 ( 一2 0 ) ， 而 S A一5 1 6虽然可以用于低温容器 ( 一2 0 o C) 的设计 选材的 ， 但是必须在定货合 同中增加 “ s 5夏 比 V型 缺口冲击试验” 项 目， 并要求提供横向试样冲击功 值 ， 满足有关产 品标准的要求。 收稿 日期 ： 2 0 0 20 30 5 作者简介： 段瑞， 男， 1 9 6 3 生 ， 高级工程师 ， 1 9 8 5年至今从事压 力容器设计工作。通讯地址 ： 北京 9 7 2 1 信箱 ， 邮编 ： 1 0 0 1 0 1 ( 上接第 4 5页 ) 经修复合格后的球片安装与原球片同样进行， 要求。 完工后进行热处理 ( 连同试板 ) ， 加热方 式采用 内燃 法。测温采 用 1 2只热 电偶 ， 测温点 的分布如 图 1 ， 各点每 1 小时记录一次温度数据 ， 用最低温度 、 最高 温度及平均温度作出热处理曲线 图， 如 图 2 。 从测得 的数 据来 看 ， 恒 温时平 均温 度在 6 1 5 6 3 2 范 围 内， 恒温 时最 高温度 在 6 4 66 3 5 范 围 内， 恒温时最低温度在 5 9 56 0 8 范围内。 5 水压试