压力容器用钢

1、李国成李国成压力容器用钢压力容器用钢Steel For Pressure Vessels第二讲第二讲中国石油大学中国石油大学一、压力容器用钢的分类一、压力容器用钢的分类二、压力容器用钢的一般要求二、压力容器用钢的一般要求三、压力容器用钢的选择原则三、压力容器用钢的选择原则四、压力容器用钢板的使用范围四、压力容器用钢板的使用范围五、压力容器用钢管的使用范围五、压力容器用钢管的使用范围六、压力容器用锻件的使用范围六、压力容器用锻件的使用范围主要内容主要内容七、常用钢材焊接材料的选用七、常用钢材焊接材料的选用中国石油大学中国石油大学1 1机械性能：机械性能：足够的强度足够的强度(s s、b b) )

2、 、良好的韧性、良好的韧性(A(Akvkv) )和塑性和塑性(5 5 ) )、足够的断裂韧性、足够的断裂韧性(K(KCC/C C) ) 、低的脆性、低的脆性转变温度和无塑性转变温度转变温度和无塑性转变温度(NDT)(NDT)。 2 2制造工艺性能：制造工艺性能：良好的塑性良好的塑性(5 5 ) )、可焊性、可焊性( (碳当量碳当量CeqCeq、焊接冷裂纹敏感性指数、焊接冷裂纹敏感性指数PcmPcm、焊接接头硬度、焊接接头硬度) )。3 3特殊性能：特殊性能：耐高温、耐低温和耐腐蚀性。耐高温、耐低温和耐腐蚀性。二、压力容器用钢的一般要求二、压力容器用钢的一般要求1 1碳素钢碳素钢（C0.25C0

3、.25）2 2低合金钢低合金钢3 3低温压力容器用钢低温压力容器用钢4 4不锈钢和调质钢不锈钢和调质钢一、压力容器用钢的分类一、压力容器用钢的分类中国石油大学中国石油大学 除此之外，除此之外，在容器设计中，还应注意材料的物理性能。在容器设计中，还应注意材料的物理性能。例如，在计算温差应力时，就要用到材料的线胀系数例如，在计算温差应力时，就要用到材料的线胀系数；在；在设计换热器及计算容器外壳热损失时，还要用到材料的热导设计换热器及计算容器外壳热损失时，还要用到材料的热导率率等。因此不同的场合，对材料物理性能有不同的要求。等。因此不同的场合，对材料物理性能有不同的要求。常用钢材的物理性能见表常用钢

4、材的物理性能见表1-1。表表1-1 常用钢材的物理性能常用钢材的物理性能中国石油大学中国石油大学 1 1符合现行规范的规定和有关标准的要求符合现行规范的规定和有关标准的要求 三、压力容器用钢的选择原则三、压力容器用钢的选择原则 2 2经济合理经济合理 一般情况下一般情况下，按以下原则选材是经济合理的：，按以下原则选材是经济合理的： 所需钢板厚度所需钢板厚度 8mm8mm时，在碳素钢与低合金高强度钢之时，在碳素钢与低合金高强度钢之间，应尽量采用碳素钢间，应尽量采用碳素钢( (多层容器用材除外多层容器用材除外) )。在刚度或结构设计为主的场合应尽量选用碳素钢。在强在刚度或结构设计为主的场合应尽量选

5、用碳素钢。在强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，依次选用依次选用Q235BQ235B、Q235CQ235C、20R20R、16MnR16MnR等钢。等钢。 容器用钢应根据容器的容器用钢应根据容器的设计压力设计压力、设计温度设计温度、介质特性介质特性及及容器结构容器结构等因素，按以下原则选用：等因素，按以下原则选用： 容器用钢应符合容器用钢应符合GB 150GB 150的规定。具体钢号的使用温度上限的规定。具体钢号的使用温度上限是表是表4-14-17 7中相应中相应 的最高温度，下限见表的最高温度，下限见表4-2,4,6,10

6、4-2,4,6,10。中国石油大学中国石油大学所需不锈钢厚度所需不锈钢厚度12mm12mm时，应尽量采用衬里、复合或堆时，应尽量采用衬里、复合或堆焊等结构形式。焊等结构形式。不锈钢应尽量不用作设计温度不锈钢应尽量不用作设计温度500500的耐热用钢。的耐热用钢。 珠光体耐热钢应尽量不用作设计温度珠光体耐热钢应尽量不用作设计温度350350的耐热用的耐热用钢。在必须使用珠光体耐热钢作耐热或抗氢用途时，应尽量钢。在必须使用珠光体耐热钢作耐热或抗氢用途时，应尽量减少、合并钢材的品种、规格。减少、合并钢材的品种、规格。 材料的来源充分。材料的来源充分。 3 3充分发挥材料的特长充分发挥材料的特长碳素钢

7、用于介质腐蚀性不强的常压、低压容器，壁厚不碳素钢用于介质腐蚀性不强的常压、低压容器，壁厚不大的中压容器，锻件、承压钢管、非受压元件大的中压容器，锻件、承压钢管、非受压元件，以及其它由，以及其它由刚性或结构因素决定壁厚的场合。刚性或结构因素决定壁厚的场合。低合金高强度钢用于介质腐蚀性不强、壁厚较大低合金高强度钢用于介质腐蚀性不强、壁厚较大（不小（不小于于8mm8mm）的受压容器。）的受压容器。中国石油大学中国石油大学 4 4标准零部件（设备法兰、管法兰、管件、人手孔、液标准零部件（设备法兰、管法兰、管件、人手孔、液面计等）的钢材符合有关零部件的国家标准、行业标准对钢面计等）的钢材符合有关零部件的

8、国家标准、行业标准对钢材的技术要求材的技术要求珠光体耐热钢用作抗高温氢、硫化氢腐蚀或设计温度在珠光体耐热钢用作抗高温氢、硫化氢腐蚀或设计温度在350350650650的耐热钢。在高温临氢工况下，应根据介质的氢的耐热钢。在高温临氢工况下，应根据介质的氢分压分压( (设计压力设计压力氢的体积百分数氢的体积百分数) )和设计温度查纳尔逊曲线和设计温度查纳尔逊曲线查出适于该工况的钢号。纳尔逊曲线见查出适于该工况的钢号。纳尔逊曲线见HG20581HG20581中图中图6-16-1。不锈钢用于不锈钢用于介质腐蚀性介质腐蚀性( (电化学腐蚀、化学腐蚀电化学腐蚀、化学腐蚀) )较高、较高、防铁离子污染、设计温

9、度防铁离子污染、设计温度500500高温用钢或设计温度高温用钢或设计温度100100的低温用钢。的低温用钢。碳含量大于碳含量大于0.030.03的不含稳定化合金元素的奥氏体不锈的不含稳定化合金元素的奥氏体不锈钢需经焊接或钢需经焊接或 400400以上热加工时，不应使用于可能引起不以上热加工时，不应使用于可能引起不锈钢晶间腐蚀的环境。锈钢晶间腐蚀的环境。中国石油大学中国石油大学1. 碳素钢钢板的使用范围碳素钢钢板的使用范围四、压力容器用钢板的使用范围四、压力容器用钢板的使用范围中国石油大学中国石油大学2. 低合金钢钢板的使用范围低合金钢钢板的使用范围中国石油大学中国石油大学3. 低温低合金钢板的

10、使用范围低温低合金钢板的使用范围 GB3531-1996低温压力容器用低合金钢板低温压力容器用低合金钢板 原有原有4个钢个钢号，号，02年修改单取消年修改单取消09Mn2VDR，现仅有，现仅有3个钢号，其使用个钢号，其使用范围如下：范围如下：钢号钢号钢板标准钢板标准使用状态使用状态厚度厚度(mm)使用温度使用温度()钢材保证项目钢材保证项目16MnDRGB3531正火正火636361004035030350V型低温冲击试验型低温冲击试验超声波探伤超声波探伤15MnNiDRGB3531正火正火正正火火回火回火6604510009MnNiDRGB3531正火正火正火正火回火回火66070350中国

11、石油大学中国石油大学4. 高合金钢钢板的使用范围高合金钢钢板的使用范围中国石油大学中国石油大学5. 钢板厚度负偏差钢板厚度负偏差 GB3274 GB3274、GB912GB912、GB3237GB3237标准中的钢板，如标准中的钢板，如Q235Q235、0Cr130Cr13、0Cr18Ni90Cr18Ni9等，其厚度负偏差按下表选取：等，其厚度负偏差按下表选取： GB6654 GB6654、GB3531GB3531标准中的钢板，如标准中的钢板，如20R20R、16MnR16MnR、16MnDR16MnDR等，其厚度负偏差一律为等，其厚度负偏差一律为0.25mm0.25mm。中国石油大学中国石油

12、大学6. 不锈复合钢板的使用范围不锈复合钢板的使用范围 复合钢板的分类及代号复合钢板的分类及代号 厚度厚度l复层厚度复层厚度0.514mm，通常为，通常为23mm，也可由供需双方商，也可由供需双方商定；定；l基层最小厚度：复合钢板总厚度大于基层最小厚度：复合钢板总厚度大于8mm时，基层最小厚时，基层最小厚度为度为6mm。中国石油大学中国石油大学l厚度允许偏差厚度允许偏差中国石油大学中国石油大学复层、基层材料标准复层、基层材料标准中国石油大学中国石油大学复合钢板力学性能复合钢板力学性能注：复合钢板的屈服点下限值或抗拉强度下限值可按下式计算：注：复合钢板的屈服点下限值或抗拉强度下限值可按下式计算：

13、212211tttte 复层钢板屈服点下限值或抗拉强度下限值，复层钢板屈服点下限值或抗拉强度下限值，MPa； 基层钢板屈服点下限值或抗拉强度下限值，基层钢板屈服点下限值或抗拉强度下限值，MPa； 复层钢板的厚度，复层钢板的厚度，mm； 基层钢板的厚度，基层钢板的厚度，mm。121t2t中国石油大学中国石油大学五、压力容器用钢管的使用范围五、压力容器用钢管的使用范围1. 碳素钢与低合金钢钢管碳素钢与低合金钢钢管中国石油大学中国石油大学2. 高合金钢钢管高合金钢钢管中国石油大学中国石油大学3. 钢管的检验项目钢管的检验项目 可见：可见： 除除GB/T14976GB/T14976、GB13296GB

14、13296高合金钢无缝钢管外，高合金钢无缝钢管外，GB/T8163GB/T8163钢管只要求进行流体输送用钢管的一般试验，而钢管只要求进行流体输送用钢管的一般试验，而GB6479GB6479、GB9948GB9948两种钢管，还要求进行冲击试验。因此两种钢管，还要求进行冲击试验。因此GB/T8163GB/T8163钢管的检验要求不如钢管的检验要求不如GB6479GB6479、GB9948GB9948严格。严格。 中国石油大学中国石油大学4. 钢管的制造质量钢管的制造质量 除除GB/T14976GB/T14976、GB13296GB13296不锈无缝钢管外，不锈无缝钢管外，从制造质量角度从制造质

15、量角度来讲来讲：lGB/T8163GB/T8163钢管多采用平炉或转炉冶炼，其杂质成分和内钢管多采用平炉或转炉冶炼，其杂质成分和内部缺陷相对较多。部缺陷相对较多。lGB9948GB9948钢管多采用电炉冶炼。在一些无缝钢管生产大厂，钢管多采用电炉冶炼。在一些无缝钢管生产大厂，为了保证它在苛刻条件下的使用质量，均超标准加入了炉为了保证它在苛刻条件下的使用质量，均超标准加入了炉外精炼工艺，因此其杂质成分和内部缺陷相对较少。外精炼工艺，因此其杂质成分和内部缺陷相对较少。lGB6479GB6479标标准本身就规定了进行炉外精炼的要求，故其杂准本身就规定了进行炉外精炼的要求，故其杂质成分和内部缺陷最少，

16、材料质量最高。质成分和内部缺陷最少，材料质量最高。 因此，上述三个钢管标准的制造质量等级从低到高的顺因此，上述三个钢管标准的制造质量等级从低到高的顺序依次是：序依次是：GB/T8163GB/T8163GB9948GB9948GB6479GB6479中国石油大学中国石油大学5. 钢管的选用钢管的选用(除除GB/T14976、GB13296无缝钢管外无缝钢管外)l一般情况下，一般情况下，GBGBT8163T8163标准的钢管适用于设计温度小标准的钢管适用于设计温度小于于350350、压力低于、压力低于10.0MPa10.0MPa的油品、油气和公用介质。的油品、油气和公用介质。l对于油品、油气介质，

17、当其设计温度超过对于油品、油气介质，当其设计温度超过350350或设计或设计压力大于压力大于10.0MPa10.0MPa时，宜选用时，宜选用GB9948GB9948或或GB6479GB6479标准的钢管。标准的钢管。l对于临氢作业管道或在有应力腐蚀倾向环境中工作的对于临氢作业管道或在有应力腐蚀倾向环境中工作的管道，也宜使用管道，也宜使用GB9948GB9948或或GB6479GB6479标准。因为临氢操作或标准。因为临氢操作或者有应力腐蚀环境存在时，会因内部缺陷对介质有破坏者有应力腐蚀环境存在时，会因内部缺陷对介质有破坏敏感作用而导致管子使用寿命下降，甚至过早破坏。敏感作用而导致管子使用寿命下

18、降，甚至过早破坏。l低温低温( (20)20)使用的碳素钢钢管应采用使用的碳素钢钢管应采用GB6479GB6479标准，标准，因为只有它规定了能满足对材料低温冲击韧性的要求。因为只有它规定了能满足对材料低温冲击韧性的要求。中国石油大学中国石油大学6. 无缝钢管直径与壁厚偏差无缝钢管直径与壁厚偏差中国石油大学中国石油大学(续续)中国石油大学中国石油大学(续续)中国石油大学中国石油大学六、压力容器用锻件的使用范围六、压力容器用锻件的使用范围1.1. 压力容器用碳素钢低合金钢锻件（压力容器用碳素钢低合金钢锻件（JB4726JB472620002000）中国石油大学中国石油大学(续续)中国石油大学中国

19、石油大学2. 低温压力容器用低合金钢锻件（低温压力容器用低合金钢锻件（JB47272000）中国石油大学中国石油大学3. 压力容器用不锈钢锻件（压力容器用不锈钢锻件（JB47282000）(不推荐使用不推荐使用)中国石油大学中国石油大学4. 锻件级别及检验项目锻件级别及检验项目注：注： 低温压力容器用低合金钢锻件的级别不低于低温压力容器用低合金钢锻件的级别不低于级级； 压力容器用不锈钢锻件免作冲击检验；压力容器用不锈钢锻件免作冲击检验； 锻件的级别要在图样中注明，如锻件的级别要在图样中注明，如16Mn，以区别于管材。，以区别于管材。锻件级别锻件级别检验项目检验项目检验数量检验数量硬度硬度HB逐件检验逐件检验拉伸和冲击拉伸和冲击(b、s、5、AKV)同冶炼炉号、同炉热处理同冶炼炉号、同炉热处理的锻件组成一批，每批抽的锻件组成一批，每批抽检一件。检一件。拉伸和冲击拉伸和冲击(b、s、5、AKV)超声检测超声检测逐件检验逐件检验拉伸和冲击拉伸和冲击(b、s、5、AKV)逐件检验逐件检验超声检测