• 壓力容器材料

    發布日期:2021/1/26 14:23:08 瀏覽次數:

    A. 壓力容器常用鋼材
    一、鋼材形狀
    主要是板、管材和鍛件(按鋼材供應形式)
    (1)鋼板
    主要用途:殼體、封頭、板狀構件等;
    加工要求:下料、卷板、焊接、熱處理;
    性能要求:較高的強度、良好的塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能;
    (2)鋼管
    主要用途:接管、換熱管等;
    主要來源:無縫鋼管、卷制;
    加工要求:下料、焊接、熱處理;
    性能要求:較高的強度、良好的塑性、韌性、焊接性能;
    (3)鍛件
    主要用途:高壓容器的平蓋、端部法蘭與接管法蘭等
    分級:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個級別。
    級別越高, 要求檢驗項目越多,越嚴格,價格越高。
    二、鋼材類型
    1、按冶金方法分類:
    ①按爐別:平爐鋼、轉爐鋼、電爐鋼;
    ②按脫氧程度:沸騰鋼(如Q235-A·F)、鎮靜鋼(如Q235-A)半鎮靜鋼;
    2、按用途分類:結構鋼、工具鋼、特殊性能鋼、專用鋼;
    3、按品質分類:普通鋼(如Q235-A)、優質鋼(如20,20R);
    4、按化學成分分類:
    ①碳素鋼:工業純鐵、低碳鋼C≤0.25%、中碳鋼0.25%<C≤0.6%、高碳鋼C>0.6%;
    ②低合金鋼含合金總量≤3%
    ③高合金鋼:高碳C>0.08%、低碳C≤0.08%、超低碳C≤0.03%、超純C≤0.01%;
    碳素鋼:含碳量小于2.06%的鐵碳合金。含少量的硫、磷、硅、氧、氮等元素。

    壓力容器用鋼

    碳素 結 構 鋼

    Q235-B, Q235-C

    10、20鋼鋼管

    20、35鋼鍛件

    壓力容器專用鋼板

    20R (R表示壓力容器專用鋼板)

    20R的特點:強度低,塑性和可焊性較好,價格低廉。
    20R的應用場合:常用于常壓或中、低壓容器,也做墊板、支座等零部件材料。
    20R和20的區別:20R是在20鋼基礎上發展起來的,是容器專用鋼,對s、p等有害元素控制更加嚴格,對鋼材的表面質量和內部缺陷的要求也更高。
    (二)低合金鋼
    1、特點及優點:
    是一種低碳低合金鋼,合金元素含量較少(總量一般不超過3%),具有優良的綜合力學性能,其強度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能等均優于相同含碳量的碳素鋼。
    采用低合金鋼,不僅可以減薄容器的壁厚,減輕重量,節約鋼材,而且能解決大型壓力容器在制造、檢驗、運輸、安裝中因壁厚太厚所帶來的各種困難。
    2、壓力容器常用低合金鋼:
    ①鋼板16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR;
    ②鋼管16Mn、09MnD; (D表示低溫用鋼)
    ③鍛件16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、2.25Cr-1Mo。
    3、應用介紹
    a. 16MnR
    屈服點為340MPa級的壓力容器專用鋼板,是我國壓力容器行業使用量最大的鋼板,具有良好的綜合力學性能、制造工藝性能,主要用于制造中低壓壓力容器和多層高壓容器。
    b. 16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR
    低溫壓力容器用鋼,工作在-20℃及更低溫度的壓力容器專用鋼板
    16MnDR:可用于- 40 ℃的鋼種。用于制造液液氨儲罐等設備
    15MnNiDR:提高了低溫韌性。用于制造液-40 ℃級低溫球形容器
    16MnDR→→(降低碳含量,并加鎳和微量釩)→→15MnNiDR
    09MnNiDR:-70 ℃級低溫壓力容器用鋼。用于制造液丙烯(-47.7 ℃)、液硫化氫(-61 )℃等設備
    c. 15CrMoR
    低合金珠光體熱強鋼,中溫抗氫鋼板,用于制造壁溫不超過560 ℃的壓力容器。
    d. 20MnMo、 09MnNiD、 2.25Cr-1Mo鍛件
    20MnMo:良好的熱加工和焊接工藝性能,常制造使用溫度為-40~470 ℃的重要大中型鍛件。
    09MnNiD:良好的低溫韌性,常制造使用溫度為-40~45 ℃的低溫容器。
    12Cr1MoV、2.25Cr-1Mo:較高的熱強性、抗氧化性和良好的焊接性能,常制造高溫(350~480 ℃)、高壓( ~25MPa)、臨氫壓力容器。
    (三)高合金鋼:
    壓力容器中采用的低碳或超低碳高合金鋼大多是耐腐蝕、耐高溫鋼。
    鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳鉬鋼
    鉻鋼:0Cr13
    有較高的強度、塑性、韌性和良好的切削加工性能,是常用的鐵素體不銹鋼,在室溫的稀硝酸以及弱有機酸中有一定的耐腐蝕性,但不耐硫酸、鹽酸、熱磷酸等介質的腐蝕。
    鉻鎳鋼:0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10這三種鋼均屬于奧氏體不銹鋼。
    0Cr18Ni9:在固溶態,具有良好的塑性、韌性、冷加工性,在氧化性酸和大氣、水、蒸汽等介質中耐腐蝕性亦佳,但長期在水及蒸汽中工作時,0Cr18Ni9有晶間腐蝕傾向,并且在氯化物溶液中易發生應力腐蝕開裂。
    0Cr18Ni10Ti:具有較高的抗晶間腐蝕能力,可在-196℃~600℃溫度范圍內長期使用。
    00Cr19Ni10:為超低碳不銹鋼,具有更好的耐蝕性。
    3、鉻鎳鉬鋼:00Cr18Ni5Mo3Si2 
    00Cr18Ni5Mo3Si2:是奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼,耐應力腐蝕、小孔腐蝕的性能良好,適用于制造介質中含氯離子的設備。
    復合板
    基層:與介質不接觸,主要起承載作用,通常為碳素鋼和低合金鋼。
    復層:與介質直接接觸,要求與介質有良好的相容性,通常為不銹鋼、鈦等耐腐蝕材料,其厚度一般為基層厚度的1/10~1/3。
    復合板應用特點:
    ①用復合板制造耐腐蝕壓力容器,可大量節省昂貴的耐腐蝕材料,從而降低壓力容器的制造成本。

    ②復合板的焊接比一般鋼板復雜,焊接接頭往往是耐腐蝕的薄弱環節,因此壁厚較薄、直徑小的壓力容器最好不用復合板。
    焊接材料:壓力容器零部件間焊接還需要焊條、焊絲、焊劑、電極和襯墊等焊接材料。
    一般應根據待連接件的化學成分、力學性能、焊接性能,結合壓力容器的結構特點和使用條件綜合考慮選用焊接材料,必要時還應通過試驗確定。
    壓力容器用鋼的焊接材料可參閱有關標準。
    B. 有色金屬和非金屬
    一、有色金屬
    使用狀態:在退火狀態下的強度比較穩定,一般都在退火狀態下使用;
    選用時應注意選擇同類有色金屬中的合適牌號。
    壓力容器常用有色金屬:銅及其合金
    鋁及其合金
    鎳及鎳合金
    鈦及鈦合金
    1、銅及其合金
    特性:在沒有氧存在的情況下,銅在許多非氧化性酸中都是比較耐腐蝕的。但銅最有價值的性能是在低溫下保持較高的塑性及沖擊韌性。
    應用:是制造深冷設備的良好材料。
    2、鋁及其合金
    特性:①鋁很輕(密度約為鋼的三分之一),耐濃硝酸、醋酸、碳酸、氫銨、尿素等,不耐堿;
    ②在低溫下具有良好的塑性和韌性;
    ③使用溫度范圍為-269~200℃;
    ④有良好的成型和焊接性能。
    應用:可用來制作壓力較低的貯罐、塔、熱交換器,防止污染產品的設備及深冷設備。
    3、鎳及鎳合金
    特性:在強腐蝕介質中比不銹鋼有更好的耐腐蝕性,比耐熱鋼有更好的抗高溫強度,最高使用溫度可達900℃。
    應用:由于價格高,一般只用于制造特殊要求的壓力容器。
    4、鈦及鈦合金
    特性:①對中性、氧化性、弱還原性介質耐腐蝕,如濕氯氣、氯化鈉和次氯酸鹽等氯化物溶液;
    ②具有密度?。?4510kg/m3)、強度高(相當于20R)、低溫性能好、粘附力小等優點;
    ③但單位質量價格高,比一般鋼材高20倍左右;
    ④使用溫度僅限于350℃以內。
    應用:在介質腐蝕性強、壽命長的設備中應用,可獲得較好的綜合經濟效果。
    二、非金屬材料
    用途:
    它既可以單獨用作結構材料,也可用作金屬材料保護襯里或涂層,還可以用作設備的密封材料、保溫材料和耐火材料。
    壓力容器用非金屬材料要求:除要求有良好的耐腐蝕性外,還應有足夠的強度,好的熱穩定性,良好的加工制造性能。
    缺點:大多數材料耐熱性不高,對溫度波動比較敏感,與金屬相比強度較低(除玻璃鋼外)。
    壓力容器常用非金屬材料:涂料
    工程塑料
    不透性石墨
    搪瓷
    陶瓷
    1、涂料:是一種有機高分子膠體的混合物,將其均勻地涂在容器表面上能形成完整而堅韌的薄膜,起耐腐蝕和保護作用。
    2、工程塑料
    ①熱塑性塑料
    在一定溫度下可以變軟,而不發生化學變化,冷卻后又變硬,再加熱又軟化;
    Eg.如聚氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS等;可用作制造低壓容器的殼體、管道,也可用作密封元件、襯里等的材料。
    ②熱固性塑料
    3、不透性石墨:具有良好的化學穩定性、導電性和導熱性,可用于制造熱交換器。
    4、陶瓷:具有良好的耐腐蝕性能,且有一定的強度,被用來制造塔、貯槽、反應器和管件。
    5、搪瓷:搪瓷設備是由含硅量高的瓷釉通過9000C左右的高溫鍛燒,使瓷釉密著于金屬胎表面而制成的。它具有優良的耐蝕性,較好的耐磨性,廣泛用作耐腐蝕、不掛料的反應罐、貯罐、塔和反應器等。
    復合材料
    具有重量輕、強度高、耐腐蝕性好等優點,
    是一種很有發展前途的壓力容器材料,
    已被用于制造天然氣鋼瓶、液化石油氣儲罐等產品。


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