压力容器用钢一、钢材的机械性能材料在外力作用下表现出来的特性叫作材料的机械性能，也称为力学性能。

钢材的重要机械性能指标有: 1.强度—物体在外力作用下，抵抗产生塑性变形和断裂的特性。

常用的特性指标有屈服极限CT s和强度极限ab，系由拉伸试验获得。

1屈服极限材料承受载荷时，当载荷不再增加而仍继续发生塑性变形的现象叫做“屈服”。

开始发生屈服现象’即开始出现塑性变形时的应力叫做“屈服极限”或“屈服点”。

工程上取试样发生 0.2 残余变形时的应力值作为条件屈服极限，通常称为屈服强度Uo.z.在拉伸试验中，屈服强度是试样在拉伸过程中标距部分残余伸长达到原标距长度的 0.2 帕时的负荷除以原横截面积的商，单位为 MPa.一般说来，材料是不允许在超过其 Idl 服点的载荷条件下工作的。

2强度极限材料抵抗外力破坏作用的最大能力称为强度极限。

钢材的强度极限是试样在拉断前所承受的最大应力即抗拉强度Sb，单位为 IvIPa 。

工程上希望金属材料不仅具有较高的。

，而且具有一定的屈强比a SQ b o 屈强比愈小，结构零件的可靠性愈高。

但屈强比太小，则材料的有效利用率太低。

因此，一般希望屈强比高一些，碳素钢为 0.6 左右，低合金高强度钢为 0.650.75，合金结构钢为。

.85 左右。

2.塑性—指材料在外力作用一下产生塑性变形而不破坏的能力，用延伸率6及断面收缩率冲来表示，其数值由拉伸试验获得。

延伸率以试样拉断后的总伸长与原始长度的比值百分率来度量，其数值与试样尺寸有关.为了便于比较，必须采用标准试样，规定试样的原始长度与原始直径的比例关系。

8。

或 6。

表示试样计算长度为其直径的 5 或 10 倍时的延伸率b。

小于 Ss。

断面收缩率以试样拉断后断面积的缩小量与原始截面积之比值的百分率来度量。

塑性良好的材料可以顺利地进行某些成型工艺，如冷冲压、冷弯曲等。

其次，良好的塑性可使零件在使用过程中万一超载也不致突然断裂。

压力容器的主要零部件都是承压的，无论从制造工艺或安全使用来说，都希望有良好的塑性。

3.硬度—指金属材料抵抗压入物压陷的能力，也可以说是材料对局部塑性变形的抗力。

一般说来，材料的硬度越高，耐磨性能越好，硬度与强度之间也有一定的关系。

生产中常用测定硬度的方法来估算材料的 Jx 度，也常用测定焊接热影响区硬度的方法来确定其淬硬的程度.常用的硬度指标为布氏硬度HB、洛氏 C 硬度HRC和维氏硬度HV，其数值可互相换算。

4.冲击韧性—材料受外加冲击负荷.A6.断裂时所消耗的能量，即冲击试样所消耗的功除以试件缺口处断面积的商，单位为 M7/m 么. 冲击韧性是材料各项机械性能指标中对材料的化学成份、冶金质量、组织状态及内部缺陷等比较敏感的一个质量指标，也是衡量材料脆性转变和断裂特性的重要指标.所以，对压力容器用钢来说，冲击韧性是一项重要的性能数据。

标明含量.钢中的钒、吸、铝、妮、硼、稀二、国产常用压力容器用钢压力容器用钢的性能必需与压力容器的使用条件压力、温度、内装介质的性质等相适应.另外，在容器制造过程中，钢板必须经受冷热加工成型和焊接。

因此，钢材除应具有必要的机械性能外，还应具有良好的工艺性能.由于不同类型压力容器的使用条件差别很大，因此要求有各种不同性能的钢种。

例如，在一般条件下使用的碳钢和低合金高强度钢在高温条件下便用的合金结构钢在低温条件下使用的低温钢-201C 以下与氢、氮、氨混合介质接触，温度超过 350?时使用的抗氢氮钢盛装硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、硝酸、尿素等腐蚀性介质的容器，应采用性能与所装介质适应的不锈耐酸钢。

当前，国产压力容器用钢的品种还相当贫乏。

现将儿种常用钢种的性能特点及其应用简介如下。

1.碳钢碳钢是指含碳量小于 2.06的铁碳合金。

由于碳钢的价格低廉，工艺性能良好，因而广泛用于制造压力容器。

常用的有 ASV A3 A3R 20g 等。

AF 主要用于不承受负荷的内部构件以 343MPa 35kgUmm2级，具有良好的及设计压力、设计温度较低的压力容器.例综合机械性能和工艺性能，尤其中温450C如，AF 制作的大型容器如年产 30 万 t 合成氨以下及低温-401C 以上机械性能比低装置中的二段转化炉水夹套，其直径为 4120 碳钢好，但缺口敏感性比碳钢大在有缺口mm壁厚 8 mm，设计压加.098MPa，最存在时，疲劳强度低于 AS易产生裂纹。

高操作温度100 C 16Mn 和 16MnR 的应用极为广泛，用 16AZnR A。

钢的使用温度为。

-400 C，许用压制作的大型容器有:年产 30 万 t 合成抓装置力不超过 1.6MPa ASR 的使用温度为一 20 中的二氧化碳吸收塔、第二氨分离器，冶金-4761C，许用压力不限.AaR 在压力容器工业用贮氧球罐，石化工业用丁烯、丁二烯制造中应用很广，典型产品如直径 4270 m m、的球罐等.壁厚 10-19mm 高 49m 的二氧化碳再生塔，2 15MnVI其屈服强度为 392MPa其设计压力为 0.17NIPa，设计壁温 149 C .40kgf/mm级，使用温度为一 20C -A3R 也用于制造球形容器，如直径 1230 mm 500 C，综合机械性能良好，但塑性和低容积 1000m3 、壁厚 241n m、设计压力温冲击韧性较 16Mn 低，且波动较大，焊接0.78MPa 的城市煤气储罐等.锅炉钢板20g 性能良好，用以制造的大型容器有直径 2800的使用范围与 A3R 相同.mm壁厚30mm 的水洗塔等。

目前运行中 2.低合金高强度钢的球罐有相当数量是采用15MnVR 制造的，低合金高强度钢是一种低碳结构钢，其设计压力 1.6 -2.9MPa，直径 4600- 12300合金含量较少，但强度尤其是 s都比同 mm壁厚 14-40mm，介质有液化石油气、等含碳量的碳钢高得多，并且一般都具有良氧、氮、氨、液氨等.好的焊接性能和耐腐蚀性能，具有优良的塑315MnVNR 其屈服强度为 4 护性，比普通碳素钢有更低的脆性转变温度.MPa 45kgf/mmz级，它在冶金工业的 2采用低合金高强度钢代替碳钢，在载荷相同氧气球罐上应用较多，其直径为 9200mm的条件下，结构重量可减轻 2030 帕，不仅壁厚 36mm，设计压力为 2.94MPa。

此外，可以大大降低容器制造成本，而且设备更加曾用于压力 1.57MPa、容量 loom 3 的大型液安全、耐用.因此，在 50 至 60 年代，低合金氨罐车等.高强度钢用于压力容器的研究与使用发展很4 18MnMoN b1-为屈服强度 490快.但是，低合金高强度钢对加工工艺，特 MPa50kgf/mmZ级的低合金高强度钢，别是焊接工艺的要求较碳钢要严格得多.用于中温压力容器。

其综合机械性能和焊接用于压力容器制造的低合金高强度钢，性能良好.用以制造的典型容器有:年产 30其屈服强度范围为294-- 686MPa30“70 万 t 合成氨装置中直径 3200 mm 壁厚 150kgf/mm2，通常按强度等级分类，例如，50x3 层热套mm、设计压力 15.2MPa35 40 45 50 70kgf/mm 级等等.常设计温度 2001C、总重 300t 的大型氨合成塔，三、压力容器用钢的基本要求压力容器用钢板比一般钢板的要求更严，主要体现在，对化学成分的控制较严，抽样检验率较高，力学性能检验中增加了冲击值的要求。

基本要求:较高的强度，良好的塑性，韧性，制造性能，以及与介质的相容性。

(1)化学成分含 C 量?0.25 C 含量高，使强度增加，可焊性变差，加入 V，T i ，Nb 可提高强度和韧性 S.P 有害元素S—降低塑性和韧性P—增加脆性(低温脆性) 压力容器用钢，S.P 含量lt0.02，0.03 因为硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。

磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。

将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆性性能和耐腐蚀性能。

因此要严格控制 S P 的含量(2)力学性能力学性能主要指:强度、韧性和塑性变形能力力学性能不仅与钢材的化学成分，组织结构有关且与所处的应力状态和环境有关。

强度判据: s， b，持久极限(强度) D，蠕变极限 n 和疲劳极限 -1 塑性判据:延伸率 5，断面收缩率ψ 韧性判据:冲击吸收力 AKV，韧脆转变温度，断裂性设计时，力学性能判据可从相关规范标准中查到，实际使用时，除要查看质量证明书外，有时还要对材料进行试验。

(拉伸，冲击)(3)制造工艺性能制造中冷加工，要求钢材有良好冷加工成型性能和塑性，延伸率 5 应在 15,20以上。

良好可焊性是一项重要指标 3 可焊性主要取决于化学成分，影响最大是含碳量各种合金之素对可焊性度有不同程度的影响，常用碳当量 Ceg 表示，国际焊接学会推荐公式: Mn Ni Cu Cr Mo V Ceg C 6 15 5 元素符号表示该元素在钢中的百分含量一般认为: Ceg lt0.4可焊性优良， Ceggt0.6可焊性差，我国对此尚无规定。

四、压力容器选材料应综合考虑的因素(1)压力容器的使用条件使用条件包括设计温度、设计压力、介质特点、操作特点。

(a)设计温度 Q235 系列不适用于 0?以下 15CrMoR12CrlMoV 抗氢钢，适于高温，高压临氢的压力容器。

(b)设计压力压力很高容器，选用高强度钢或超高强度钢，由于钢的韧性随强有力度提高而降低，须注意二者的匹配在满足强度要求前提下，尽量采用塑性韧性好的材料。

(c)介质选材应考虑与介质的相容性碳素钢用于腐蚀性不强的常压，低压容器，壁厚不大，中压容器。

低合金高强度钢用于腐蚀性不强壁厚较大(38mm)的受压容器。

珠光体耐热钢用作抗高温氢或硫化氢腐蚀或设计温度为 350,650?的压力容器用耐热钢。

不锈钢用于腐蚀性较强，或设计温度gt500?(lt-100?)的耐热或低温用钢。

(2)零件的功能和制造工艺功能:筒体，封头承压空间与介质接触选择与介质相容的承压钢板。

支座:不承压，不接触介质除与容器接触垫板外，可选用普通碳素钢制造工艺:从保证制造质量方便制造选材料。

沸腾钢(Q235-A.F)搪玻璃效果比镇静钢(Q235-A)好。

(3)材料的使用经验对已有成功使用经验，要清楚其化学成分的控制要求睾勺饔孟掠αψ刺徊僮鞴娉毯妥畛な褂檬奔洹?对不成功的，根据失效原因，采取相应的措施。

(4)材料价格相同规格的价格，不锈钢gt低合金钢gt碳素钢。

需较厚不锈钢时，尽量采用复合材料衬里。

堆焊或多层结构。

(5)规范标准 4 压力容器用钢有其特殊要求，使用温度的上，下限使用条件均应满足规范标准要求。