07044213压力容器用钢选材及工艺制定

1、压力容器用钢选材及工艺制定于海洋中国石油大学机电工程学院材料系材料07-2班）1. 压力容器用钢的服役条件压力容器所在的场合大多接触的介质很多是易燃、 易爆的，以及操作工况的压 力、温度的苛刻性，决定了在压力容器的设计中，既要保证生产工艺结构方面的 要求，又要确保安全运行。2. 压力容器用钢的技术要求压力用钢的选用必须考虑设备的设计压力、设计温度、介质特性、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理以及容器的结构外，还需要考虑经济合理性，由此 提出了对材料各种性能的要求，它包括机械性能、物理性能、耐腐蚀性能、制造 工艺性能 如焊接性能、冷热加工工艺性能），决定这些性能的最根本的就是材 料的组织与成分

2、。3. 压力容器用钢的成分特点（1成分设计总结了典型铁素体系铬钼耐热钢的研究现状及发展变化趋势和规律，根据铬元素 含量的变化，铁素体系铬钼耐热钢主要分为2% Cr、9% Cr、12% Cr三大系 列，均通过添加V、Nb Mo W Co、BN等合金元素并调整它们之间的最佳配 比从而使性能获得不断的改善。3-1 2%CrT/P22钢广泛应用于石油化学工业的加氢反应器、氨合成塔外壳及使用燃料或动 力的发电设备配套锻件等,具有强度高、抗氢性能良好,在20世纪70年代就已得到 广泛的应用,通常被作为低合金耐热铬钼钢的开发基准。T/P23钢是日本住友金属 根据微量合金化理论,在T/P22的基础上,借鉴我国

3、R102以W代Me的原理，降低C含 量并添加微量V、Nb N B等开发成功的一种新型低碳高强度耐热钢。较之T/P22,该钢蠕变强度明显提高，550度以上许用应力约为T/P22的2倍,不需焊前预热、焊 后热处理,冷裂敏感性远低于R102因此,T/P23可以减薄壁厚、优化传热效率和 简化制造工艺，是取代T/P22、12Cr1MoV R102等用于制造金属壁温低于580度的 大型电站锅炉过热器、再热器及集箱的优质材料。3-2 9%Cr在新型9%C系钢中，目前应用较成熟的为改良型9Cr-1Moi冈，即T/P91。它是在ASTM T9钢的基础上，于20世纪80年代由美国橡树岭国家实验室成功开发，我国拟用

4、牌 号为10Cr9Mo1VNbN该钢通过添加微量的V、Nb N形成细小弥散分布的MX型析 出相，综合性能优良，具有高温持久强度优异（620度以下时高于TP304H焊缝裂 纹敏感性低、冲击韧性高等特点，是当今世界超临界发电厂锅炉管用钢使用最为 广泛的钢种，而且被作为开发更高工作温度钢材的研究基准。20世纪90年代初，日本在大量推广T/P91时发现，当使用温度超过600度,T/P91已不能满足长期安全 运行的要求。加入1.5%-2.0%W&为避免在微观组织上形成铁素体将 Me含量降至0. 3%-0.6%,形成以汹主的WM复合固溶强化，加入V、Nb形成碳氮化物弥散沉淀强化 及加入0.001%

5、-0.006%B形成晶界强化，从而研制开发了新型铁素体耐热合金 9Cr1. 8W0.5MoVNb以T/P92纳入ASM标准。T/P92同T/P91 一样具有优良的导热性、抗氧 化性、抗高温腐蚀性，良好的韧性、可焊性以及加工性能。与 T/P91相比,600度 以下的力学性能两者大致相当,600度许用应力值较T/P91提高约35%,625度的许 用应力值与T/P91600度的许用应力值相当，650度蠕变强度与奥氏体耐热刚 TP347H相当,可用于625度蒸气参数的超超临界机组作过热器、再热器联箱和主蒸 气管道,部分代替TP304H和TP347H8用,避免或减少异种钢焊接头。3-212%Cr一般当工

6、作温度在620度以上时,9%Cr钢的抗氧化性能不能满足要求，需使用 12%C系耐热钢。T/P122是日本住友金属以德国X20CrMoV12钢为基础，降低了其 碳含量，加入1%勺W和少量的Cu Nb,改进研制的11Cr0.4Mo2WCuVNb。其化学成 分特点如下:1形成WM的复合固溶强化和更加稳定细小的MXH弥散沉淀强化，提 高组织稳定性和高温强度。2其基本化学成分与T92相当,为了提高它的抗氧化 性,Cr含量提高到12% 3添加Cu以抑制铁素体生成、改善相稳定性，提高焊接接 头的冲击韧性及蠕变断裂韧性，而富Ci相析出能提高蠕变强度。该钢综合性能优 良,具有较好的组织稳定性，与T/ P91相比

7、,在高温650度时的持久强度、抗氧化性 能和抗腐蚀性能更优。但由于含铜量较高，在热加工和焊接后不得不进行回火处 理，并且由于AC温度较低,需要较长的回火时间。此外，焊接接头存在弱化现象 且价格昂贵，也进一步限制了其使用范围。(2合金化原理Cr为耐热钢的基础组元，典型的铁素体形成元素。随铬含量的增加，耐热钢的淬透 性、氧化及腐蚀抗性逐渐增加，通常9%-12%C时为最佳。V、Nb均能在铁素体基体 中形成细小、共格的强碳化物、氮化物或碳氮化物析出相。对比V、Nb的效果，在低温短时间下Nb的效果显著，而在高温长时间下V的作用更明显。这是由于奥氏 体化时NbC NbN并未完全溶解，导致蠕变过程中析出相聚

8、合、粗化，加速回复， 所以仅提高短期蠕变断裂强度，而V能进入M23C6M6XJFe2M等沉淀相中，阻止沉 淀相粗化，回复较慢，从而提高高温长期蠕变强度。NbV勺复合添加，各自强化作用 叠加,是CrM(耐热钢的主要强化手段之一。Nb V最佳含量随温度的变化而变化， 600度时Nb V的最佳含量分别为0.05%、0.2%。B不仅可改善淬透性，还可提高晶 界强度。Ni、Ci和Co均为奥氏体形成元素，可以削减铬当量Cr以抑制&铁素体的形 成。由于Ni使A1转变温度的降低程度较大，因此添加Cu CO既可抑制&铁素体的形 成，也可确保在较高的温度下回火。Cc还能强化基体，提高MX u相等细

9、小析出物 的稳定性。Si为铁素体形成元素，易促使Laves相析出而使韧性降低。4. 压力容器用钢工艺规范1. 制造安装工艺规范压力容器的破坏除钢材本身质量因素外，制造及安装缺陷造成的内部应力集中也 是引起脆性断裂的一个重要原因。特别在低温下，应力集中处较大的峰值应力与 设备总体薄膜应力和弯曲应力相叠加，使低温压力容器在局部达到很高的应力水 平,而低温下钢材的塑性变形能力下降，自限性条件消失，从而引起钢材突然的脆 性断裂.安装过程中，应采取措施降低内部应力水平和冷作硬化现象。2. 焊接工艺质量控制要点压力容器的焊接质量是影响低温压力容器施工质量的另一个重要因素。低温钢的焊接除了防止焊接裂纹外，关键是要保证焊缝及热影响区的低温韧性，这是低温 钢焊接工艺质量控制的一个主要环节。3. 焊接工艺质量控制要点压力容器的焊接质量是影响低温压力容器施工质量的另一个重要因素。钢的焊接除了防止焊接裂纹外，关键是要保证焊缝及热影响区的低温韧性，这是钢焊接工 艺质量控制的一个主要环节。保温温度、保温时间、加热冷却速度、入炉出炉温度的确定。5. 参考文献1 欧继权低温钢制压力容器施工工艺质量控制要点J.石油化工建设,2004,(5.2 张永涛,张汉谦,王国栋,李金富.典型锅炉及压力容器用铁素体系铬钼耐热钢的发展回顾及成分设计J.材料导报,2008,