第四章材料
1压力容器用钢的基本要求有哪些？选择钢材应遵循哪些原则？
基本要求：化学成分，钢材的化学成分对其性能和热处理有较大的影响；力学性能，指材料在不同环境下，承受各种外加载荷时所表现的力学行为；制造工艺性，材料的制造工艺性能的要求与容器的结构形式和使用条件紧密相关。
应遵循以下6条原则：压力容器的使用条件(设计温度、设计压力、介质特性及操作特点等)；相容性，一般是指材料必须与其相接触的介质或其他材料相容；零件的功能和制造工艺；材料的使用经验(历史)；综合经济性，主要是指性能价格比及来源；规范标准，和一般的结构钢相比，压力容器用钢有不少特殊要求，应符合相应国家标准和行业标准的规定。
2压力容器用材的质量、规格、质量证明书及标记有什么规定？
《固定式压力容器安全技术监察规程》(以下简称《固容规》)有如下规定：
①压力容器用材料的质量及规格，应符合相应的国家标准、行业标准的规定；
②材料生产单位必须保证质量，并应按相应标准的规定提供质量证明书(原件)，质量证明书的内容必须填写齐全，并经生产单位质量检验部门盖章确认；
③材料生产单位应按相应标准的规定，在材料的指定部位或其他明显的部位做出清晰、牢固的标识。
3《固容规》对钢板超声检测的要求是如何规定的？
《固容规》的要求为：厚度大于或者等于12mm的碳素钢和低合金钢钢板(不包括多层压力容器的层板)用于制造压力容器壳体时，凡符合下列条件之一的，应当逐张进行超声检测。
①盛装介质毒性程度为极度、高度危害的；
②在湿H2S腐蚀环境中使用的；
③设计压力大于或者等于10MPa的；
④本规程引用标准中要求逐张进行超声检测的。
4《固容规》对压力容器主要受压元件材料的复验有哪些要求？
《固容规》的要求为：对于采购的第Ⅲ类压力容器用Ⅳ级锻件，以及不能确定质量证明书的真实性或者对性能和化学成分有怀疑的主要受压元件材料，压力容器制造单位应当进行复验，符合本规程及其相应材料标准的要求后方可投料使用。
5碳素钢和碳锰钢在高于℃温度下长期使用时，或奥氏体钢的使用温度高于℃时，应注意什么问题？
GB—规定，碳素钢和碳锰钢在高于℃温度下长期使用时，应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向。奥氏体型钢材的使用温度高于℃时，钢中含碳量应不小于0.04%，这是因为碳素钢和碳锰钢在上述情况下，钢中的渗碳体会产生分解。
6用境外材料制压力容器有什么要求？
《固容规》规定，压力容器受压元件采用境外材料，应符合以下要求。
①境外牌号材料应当是境外压力容器现行标准规范允许使用并且境外已经有使用实例的材料，其使用范围应当符合境外相应产品标准的规定，如本规程引用标准列有相近化学成分和力学性能的牌号时，其使用范围还应当符合本规程引用标准的规定。
②境外牌号材料的技术要求不得低于境内相近牌号材料的技术要求(如磷、硫含量，冲击试样的取样部位、取样方向和冲击功指标，断后伸长率等)。
③材料质量证明书和材料标志应当符合本规程2.1的规定。
④压力容器制造单位应当对进厂材料与材料质量证明书进行审核，并且对材料的化学成分和力学性能进行验证性复验，符合相关要求后才能投料使用。
⑤用于焊接结构压力容器受压元件的材料，压力容器制造单位在首次使用前，应当掌握材料的焊接性能并且进行焊接工艺评定。
⑥标准抗拉强度下限值大于或者等于MPa的钢材、用于压力容器设计温度低于-40℃的低合金钢钢材，材料制造单位还应当按本规程1.9的规定通过技术评审，其材料方可允许使用。
7GB—附录A对已列入第2章，但尚未列入材料标准的哪些钢材提出了补充要求？
对以下一些材料提出了补充要求。
(1)12Cr2Mo1VR钢板作为中温用钢板(抗氢钢板)，附录A对其化学成分和力学性能作了规定。其余未规定事项均按GB的相关规定。
(2)15MnNiNbDR钢板常用于制造-40℃级低温球形容器。附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB规定。
(3)08Ni3DR钢板低温用钢。附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB规定。
(4)06Ni9D钢板低温用钢。附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB规定。
(5)12Cr2Mo1钢管附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB规定。
(6)09MnD钢管附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB规定。
(7)09MnNiD钢管附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB规定。
(8)08Cr2A1Mo钢管附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB规定。
(9)09CrCuSb钢管附录A对其化学成分和力学性能作了规定，其余要求按GB规定。
8铸铁制造压力容器有什么要求和限制？目前用于压力容器的铸铁牌号主要有哪些？
《固容规》规定：铸铁不得用于盛装毒性程度为极高、高度或中度危害介质，以及设计压力大于或等于0.15MPa的易爆介质压力容器的受压元件，也不得用于管壳式余热锅炉的受压元件。除上述压力容器之外，允许选用以下铸铁材料。
(1)灰铸铁牌号为HT、HT、HT和HT。设计压力不大于0.8MPa,设计温度范围为10～℃。
(2)球墨铸铁牌号为QT-18R和QT-18L。设计压力不大于1.6MPa,QT-18R的设计温度范围为0～℃，QT-18L的设计温度范围为-10～℃。
9对压力容器用有色金属有什么要求？
《固容规》规定：压力容器用有色金属(铝、钛、铜、镍及其合金等)应当符合以下要求。
①用于制造压力容器的有色金属，其技术要求应当符合本规程引用标准的规定，如有特殊要求，需要在设计图样或相应的技术文件中注明；
②压力容器制造单位应当建立严格的保管制度，并且设专门场所，与碳钢、低合金钢分开存放。
铝和铝合金用于压力容器受压元件时，应当符合下列要求：
①设计压力不大于16MPa；
②含镁量大于或者等于3%的铝合金(如、)，其设计温度范围为-～65℃，其他牌号的铝和铝合金，其设计温度范围为-～℃。
纯铜和黄铜用于压力容器受压元件时，其设计温度不高于℃。
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钛和钛合金用于压力容器受压元件时，应当符合下列要求：
①钛和钛合金的设计温度不高于℃，钛-钢复合板的设计温度不高于℃；
②用于制造压力容器壳体的钛和钛合金在退火状态下使用。
镍和镍合金用于压力容器受压元件时，应当在退火或者固溶状态下使用。
钽、锆、铌及其合金用于压力容器受压元件时，应当在退火状态下使用。钽和钽合金设计温度不高于℃，锆和锆合金设计温度不高于℃，铌和铌合金设计温度不高于℃。
10压力容器用中温用钢一般指哪些钢号？作为抗氢钢使用时，应如何选取？
压力容器用中温用钢有Mo钢、Cr-Mo钢及Cr-Mo-V钢，使用温度范围～℃；在石油、化工的压力容器中，介质常含有氢，在一定的温度及氢分压条件下，会使钢材产生氢腐蚀。而上述含Mo、Cr及V的中温用钢均有一定的抗氢腐蚀能力，因此在石油、化工的压力容器中也作为抗氢钢使用。具体选择材料时要依介质温度及氢分压按纳尔逊(Nelson)曲线来决定。中温用钢国外常用的有0.5Mo、0.5Mo-0.5Cr、0.5Mo-1Cr、0.5Mo-1.25Cr及1Mo-2.25Cr等钢种，是按合金元素含量及抗氢能力划分的。国内对应及相近的钢号主要有以下几种。
(1)钢板15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR、12Cr2Mo1VR。
(2)钢管12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、12Cr2MoVG。
(3)锻件35CrMo、15CrMo、14Cr1Mo、12Cr2Mo1、12Cr1MoV、12Cr2Mo1V、12Cr3Mo1V、1Cr5Mo。
(4)螺栓30CrMoA、35CrMoA、35CrMoVA、25Cr2MoVA、40CrNiMoA、1Cr5Mo(新牌号S)。
11高合金钢主要有哪几类？各有什么特点？
高合金钢分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型及奥氏体-铁素体型和沉淀硬化型，但目前用于压力容器的，主要为奥氏体型和铁素体型，马氏体型仅在螺栓中有使用。铁素体型材料有℃脆性、口相析出及晶粒长大引起的脆性等倾向，冷成型性也不太好，此外，焊前要预热，焊后要进行热处理，主要的焊接困难是接头脆化，若接头刚性大，焊后会产生裂纹，这些原因都限制了铁素体型材料(0Cr13)的使用；马氏体型材料含碳量高，强度高、硬度大，具有强烈的淬硬倾向，可焊性差，故不用作压力容器受压部件；奥氏体型高合金钢韧性、塑性及工艺性能良好，因此广泛用于压力容器，一般的奥氏体型高合金钢不含稳定化元素的钢种，在～℃范围内停留会产生晶间腐蚀倾向，在与腐蚀性介质接触时会因晶间腐蚀而破坏，奥氏体型高合金钢还可用于低温；沉淀硬化型材料属于通过热处理获得强化的Cr-Ni高合金钢，热处理后有多种组织类型，GB列入的0Cr17Ni7Al，即为半奥氏体型沉淀硬化高合金钢。
12低温压力容器用材料主要有哪些？
低温压力容器的材料选择主要考虑在整个工作温度区间材料应有足够的韧性。一般讲，面正立方晶格的金属及合金在低温下不易发脆；此外，低温脆性与化学成分有关，提高Mn/C比值可以提高韧性；Ni含量增加，转变温度会降低；为防止受冲击载荷影响，要求材料在低温下有一定的冲击值。目前，列入GB—中的用于低温压力容器的专用低合金材料(以字母D表示)主要有低合金钢板9种，低合金钢管4种(其中包括GB中的16Mn)，低合金钢锻件6种。用于低温的还有奥氏体型高合金钢；镍钢，如3.5Ni、9Ni钢等；铝合金；铜合金；镍合金，如蒙乃尔合金等。
13什么是低碳、超低碳奥氏体不锈钢？
奥氏体不锈钢可按含碳量多少进行分类，以最常用的18-8不锈钢为例：含碳量较高的钢号为1Cr18Ni9(C含量≤0.10%)；含碳量较低的钢号为0Cr19Ni9(C含量≤0.08%)；含碳量最低的钢号为0Cr19Ni11(含C含量≤0.03%)。通常将含C含量≤0.08%的奥氏体不锈钢称为低碳不锈钢；将含C含量≤0.03%的奥氏体不锈钢称为超低碳不锈钢。奥氏体不锈钢含碳量越低，耐晶间腐蚀性能越好。由于国内外炉外精炼技术(AOD、VOD)的发展，价廉质高的超低碳奥氏体不锈钢已广泛采用，以往含碳量较高而加有稳定化元素(Ti、Nb)的不锈钢已基本淘汰，与后者相比，超低碳不锈钢还克服了焊件热影响区的刀口腐蚀倾向。
14现行的冲击试验国家标准有哪几种？
有以下两种：
①GB—7《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》；
②GB—4《钢的应变时效敏感性试验方法(夏比冲击法)》。
15什么是冲击功？什么是冲击韧性？
在确定金属韧性的冲击试验中(冲击试验应按标准规定的办法进行)，具有一定形状和尺寸的金属试样在冲击负荷作用下折断时所吸收的功叫冲击吸收功，简称冲击功；冲击功除以试样缺口底部处横截面面积所得的商叫冲击韧性值。冲击韧性值对金属的组织缺陷十分敏感，是检验材料冶金质量和脆性倾向的有效手段。
16碳素结构钢的钢号是怎样表示的？
GB—6《碳素结构钢》对钢的牌号的表示分4个部分，即：代表屈服强度的字母、屈服强度值、质量等级符号、脱氧方法符号。
如QA·F表示屈服强度值为MPa、质量等级为A级的沸腾钢；QB表示屈服强度值为MPa、质量等级为B级的镇静钢。钢材均按规定的化学成分和机械性能供货。
17碳素结构钢板QB和QC用于压力容器有哪些规定或限制？
GB—中对GB/T—7标准中的QB和QC钢板作为压力容器受压元件使用规定如下。
①容器的设计压力小于1.6MPa。
②钢板的使用温度：QB钢板的适用范围为20～℃。QC的适用范围为0～℃。
③用于容器壳体的钢板厚度：QB和QC不大于16mm。用于其他受压元件的钢板厚度：QB不大于30mm，QC不大于40mm。
④不得用于毒性为高度或极度危害介质的压力容器。
18GB—对压力容器用碳钢和低合金钢钢板的使用状态有什么要求？为什么？
压力容器用碳钢和低合金钢钢板，符合下面条件，应在正火状态下使用：
①用于多层容器内筒的QR和QR；
②用作壳体的厚度大于36mm的QR和QR；
③用作其他受压元件(法兰、管板、平盖)等的厚度50mm的QR和QR。
这主要是考虑国内轧制设备条件限制，较厚板轧制比小，钢板内部致密度及中心组织质量稍差；另外对钢板正火处理可细化晶粒及改善组织，使钢板有较好的韧性、塑性，以及较好的综合机械性能。
19GB和GB对16MnDR和QR在化学成分、低温冲击试验和超声波探伤方面的要求有什么差别？
有以下差别：
①化学成分，16MnDRP含量≤0.%、Si含量在0.15%～0.50%，QRP含量≤0.%、Si含量≤0.55%；
②16MnDR的最低冲击试验温度为-40℃，而QR为-20℃；
③16MnDR的夏比(V形缺口)低温冲击功不小于47J，而QR的低温冲击功不小于41J；
④16MnDR钢板厚度大于20mm时，规定钢板逐张进行超声检测，厚度不大于20mm时，超声检测为协议项目，QR钢板的超声检测则不论厚度，均为协议项目。
20GB—对高合金钢板用于压力容器，规定按哪些标准选用？并注意什么问题？
规定一般按GB11选用，也可选用已列入有关标准的奥氏体钢板和奥氏体-铁素体钢板，但应在图样或相应技术文件中提出有关技术要求，如化学成分、机械性能、使用状态和必须进行的检验项目等。
21不锈钢-钢复合钢板的使用温度范围是什么？
GB—规定：不锈钢-钢复合钢板的使用温度范围应同时符合本标准对基材和覆材使用温度范围的规定。
22钢板低温冲击试验的试样为什么要取横向？
钢锭浇铸时会形成偏析或含有杂质，在轧制钢板的过程中，这些不均匀部分和杂质会顺着金属延伸方向形成纤维状带状组织，从而使钢板平行于纤维状组织方向(纵向)的机械性能高于垂直方向(横向)，尤其韧性和塑性指标更突出。为提高材料的安全使用及压力容器的可靠性，GB—规定低温冲击试验要取横向作为最低冲击功的规定值。
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