压力容器用材料的选用原则板材管材和锻件

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压力容器用材料主要为板材、管材和锻件三大类。其选用必须严格执行相应的材料标准。

压力容器板材

压力容器用材主要包括低碳钢、低合金钢、耐热钢、低温钢、不锈钢、有色金属(Al,Ti,Ni,Cu,Zr,Ta,Nb)等。在选用这些材料时要考虑的原则主要有以下四方面。

压力容器管材

①使用条件(服役条件)设计温度、设计压力、介质特性和操作要点等。

a.设计温度用于确定选材类别及该温度下材料的许用应力。

b.设计压力用于计算受压元件厚度。

c.介质特性用于确定选材类别。

d.操作要点(如频繁启动、疲劳作用等)用于确定选材类别及状态。

②材料的焊接性能。选用的材料应该具有良好的焊接性。

③制造工艺性能。选用的材料应该具有良好的冷、热加工能力和热处理能力等。

④经济合理性。在满足使用要求的前提下,选用的材料应尽可能经济合理。

1、铸铁的使用限制和范围

铸铁不得用于盛装毒性程度为极度、高度或者中度危害介质,以及设计压力大于或者等于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,不允许拼接、焊补。除上述压力容器之外,允许选用以下铸铁材料。

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①牌号为HT、HT、HT和HT的灰铸铁,设计压力不大于0.8MPa,设计温度范围为10~℃,

②牌号为QT-22R、QT-22L、QT-18R和QT-18L的球墨铸铁,设计压力不大于1.6MPa。QT-22R和QT-18R的设计温度范围为0~℃,QT-18L的设计温度范围为-10~℃,QT-22L的设计温度范围为-20~℃。

2、铸钢的使用限制和范围

(1)介质限制

铸钢不得用于盛装毒性程度为极度、高度或者中度危害介质,湿H2S腐蚀环境,以及设计压力大于或者等于0.40MPa的易爆介质压力容器的受压元件。

(2)铸钢材料的冶炼和化学成分要求

铸钢应当是采用电炉或氧气转炉冶炼的镇静钢,其化学成分中的P≤0.%、S≤0.%(熔炼分析);可焊铸钢材料化学成分中的C≤0.25%、P≤0.%、S≤0.%(熔炼分析).

(3)铸钢材料的性能要求

压力容器受压元件用铸钢材料应当在相应的国家标准或行业标准中选用,并且应当在产品质量证明书中注明铸造选用的材料牌号。其室温下标准抗拉强度规定值的下限应当小于MPa,断后伸长率(A)应当大于或者等于17%;设计温度下的夏比(V形缺口)冲击功应当大于或等于27J。

(4)铸钢设计压力、温度限制

碳钢或低合金碳锰钢,设计压力不大于2.5MPa,设计温度范围为一20~℃。低合金铬钼钢,设计压力不大于4.0MPa,设计温度范围为0~℃。

3、铝和铝合金的使用限制和范围

铝和铝合金用于压力容器受压元件时,应当符合以下要求。

①设计压力不大于16MPa。

②含镁量大于等于3%的铝合金(如、),其设计温度范围为一~65℃,其他牌号的铝和铝合金,其设计温度范围为一~℃。

4、钛和钛合金的使用限制和范围

钛和钛合金用于压力容器受压元件时,应当符合以下要求。

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、封头的钛和钛合金在退火状态下使用。

5、镍和镍合金的使用限制和范围

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。

6、钽、锆、铌及其合金的使用限制和范围

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℃.

7、铜和铜合金的使用限制和范围

①纯铜和黄铜用于压力容器受压元件时,其设计温度不高于℃.

②当容器在设计工况条件下接触具有腐蚀性介质时,铜材应能具有良好的耐腐蚀性能,不但应能耐均匀腐蚀,必要时还应能耐应力腐蚀、选择性腐蚀等局部腐蚀。

③铜和铜合金用于压力容器受压元件时,除T2、T3热交换器管可在半硬状态下使用外,其他牌号的铜和铜合金一般应当在退火状态下使用。

④尽量考虑所选牌号的经济性。如压力容器用纯铜主要考虑耐蚀性、力学性能、传热性能与工艺性能,并不要求太高的纯度。一般用材(除换热管外)很少选用较贵的无氧铜TU1和TU2.

为了便于管理,应控制所选牌号不宜太多,性能接近的牌号应减少重复。

8、复合钢板的使用限制和范围

(1)不锈钢-钢复合板

①不锈钢-钢复合板的技术要求应符合NB/T.1的规定。对不计入强度计算的奥氏体型不锈钢覆材,可选用GB以外的国家标准中的钢号,该覆材钢号的技术要求(如S、P含量,强度指标等)允许低于GB相应钢号的规定。

②复合板的未结合率不应大于5%,设计文件中应规定复合板的级别。

③不锈钢-钢复合板的使用温度范围应同时符合GB.2-对基材和覆材使用温度范围的规定。

④复合界面的结合剪切强度应不小于MPa。

(2)镍-钢复合板

①镍-钢复合板的技术要求应符合NB/T.2的规定。

②复合板的未结合率不应大于5%,设计文件中应规定复合板的级别。

③镍-钢复合板的使用温度范围应同时符合基材和覆材使用温度范围的规定,其中基材的使用温度范围应符合GB.2-的规定,覆材的使用温度范围应符合JB/T的规定。

④复合界面的结合剪切强度应不小于MPa。

(3)钛-钢复合板

①钛-钢复合板的技术要求应符合NB/T.3的规定。

②复合板的未结合率不应大于5%,设计文件中应规定复合板的级别。

③钛-钢复合板的使用温度下限应符合GB.2-对基材的规定,使用温度上限为℃。

④复合界面的结合剪切强度应不小于MPa。

(4)铜-钢复合板

①铜-钢复合板的技术要求应符合NB/T.4的规定。

②复合板的未结合率不应大于5%,设计文件中应规定复合板的级别。

③铜-钢复合板的使用温度下限应符合GB.2-对基材的规定,使用温度上限为℃。

④复合界面的结合剪切强度应不小于MPa。

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