承壓設(shè)備常用材料課件

承壓設(shè)備用材要求足夠的強(qiáng)度良好的韌性良好的加工工藝性能良好的低倍組織和表面質(zhì)量高溫元件材料應(yīng)由良好的高溫特性與耐蝕介質(zhì)接觸的材料應(yīng)由良好的抗腐蝕性能3.承壓設(shè)備常用材料1.按碳含量分類低碳鋼（C≤0.25%）中碳鋼（C≤0.25-0.60%）高碳鋼（C>0.60%）。2.按鋼的質(zhì)量分類普通鋼（P≤0.045%，S≤0.050%）優(yōu)質(zhì)鋼（P、S均≤0.035%）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.035%，S≤0.030%）3.按鋼的用途分碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼4.按冶煉時(shí)脫氧程度分沸騰鋼半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼3.1壓力容器用碳素鋼根據(jù)GB/T221-2008《鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法》碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)通常由四部分組成

第一部分：前綴符號(hào)+強(qiáng)度值（N/mm或MPa）,其中通用結(jié)構(gòu)鋼前綴符號(hào)為代表屈服強(qiáng)度的拼音字母“Q”，專用鋼前綴符號(hào)見表3。第二部分（必要時(shí)）：鋼的質(zhì)量等級(jí)，用A、B、C、D、E?????表示。第三部分（必要時(shí)）：脫氧方法符號(hào)：F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼。鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼表示符號(hào)通常可以省略。第四部分(必要時(shí))：產(chǎn)品用途、特性和工藝符號(hào)表示方法，如鍋爐壓力容器用鋼板用“R”表示，詳見表4。3.1壓力容器用碳素鋼(一)錳的影響

一般認(rèn)為錳在鋼中是一種有益的元素。在碳鋼中含錳量通常在0.25～0．80％范圍；在含錳合金鋼中，一般控制在1.0～1.2％范圍。錳大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強(qiáng)化；一部分錳也能溶于Fe3C中，形成合金滲碳體；錳還能增加珠光體相對(duì)量，并使它變細(xì)，從而提高鋼的強(qiáng)度。錳與硫化合成為MnS，以減輕硫的有害作用。當(dāng)錳含量不多，在碳鋼中僅作為少量雜質(zhì)存在時(shí)，它對(duì)鋼的性能影響并不顯著。鍋爐壓力容器常用碳素鋼的含碳量一般不超過0.25%。除碳外，鋼種還含有硅、錳、硫、磷以及氮、氫、氧等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會(huì)對(duì)鋼的性能產(chǎn)生影響3.1.2壓力容器用碳素鋼主要元素作用

(二)硅的影響

硅在鋼中也是一種有益的元素。在鎮(zhèn)靜鋼(用鋁、硅鐵和錳鐵脫氧的鋼)中含硅最通常在0.10～O.40％之間；沸騰鋼(只用錳鐵脫氧的鋼)中只含有0.03～0.07％Si。硅與錳一樣，能溶于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度、彈性均提高，塑性、韌性均降低。硅也有一部分存在于硅酸鹽夾雜中。當(dāng)硅含量不多，在碳鋼中僅作為少量雜質(zhì)存在時(shí)，對(duì)鋼的性能影響亦不顯著。

3.1.2壓力容器用碳素鋼主要元素作用

(三)硫的影響

硫主要以硫化鐵形式存在。硫化鐵與鐵形成低熔點(diǎn)共晶體（熔點(diǎn)985℃）分布于晶界上，當(dāng)鋼材在800—1200℃鍛軋時(shí)，由于低熔點(diǎn)共晶體熔化而使鋼材沿晶界開裂，即“熱脆”。

為了避免熱脆，鋼中含硫量必須嚴(yán)格控制，壓力容器專用鋼板含硫量應(yīng)≤0.020％。GB6654-1996《壓力容器用鋼板》及修改單GB3531-1996《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》，

在鋼中增加含錳量，可消除硫的有害作用。Mn與S形成熔點(diǎn)為1620℃的MnS，MnS高溫時(shí)又有塑性，因此可避免熱脆現(xiàn)象。

3.1.2壓力容器用碳素鋼主要元素作用

(五)氮、氫、氧的影響

氮使鋼耐蝕性下降，以及出現(xiàn)應(yīng)變實(shí)效脆化。氧使鋼強(qiáng)、塑性降低，熱脆現(xiàn)象嚴(yán)重，疲勞強(qiáng)度下降。氫會(huì)引起氫脆、延遲裂紋、白點(diǎn)等危險(xiǎn)缺陷3.1.2壓力容器用碳素鋼主要元素作用1.按合金元素加入量分類低合金鋼（C≤5%）中合金鋼（C≤5-10%）高合金鋼（C>10%）。2.按鋼的用途分合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能合金鋼3.按鋼的組織分類：珠光體鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼4.按所含主要合金分類：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼3.2壓力容器用低合金鋼注：金屬材料的表示方法：GB/T221-2000《鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法》

1.16MnR(GB713-2008改為Q345R)2.15MnVR（GB150中已取消此鋼號(hào)）

3.15MnVNR（GB713-2008改為Q370R）

4.18MnMoNbR5.13MnNiMoNbR(GB713-2008改為13MnNiMoR)6.07MnCrMoVR（GB19189—2003）注：按照GB713-2008《鍋爐壓力容器用鋼板》的規(guī)定：碳素鋼和低合金高強(qiáng)鋼的牌號(hào)用屈服強(qiáng)度值和“屈”字、壓力容器“容”字的漢語(yǔ)拼音首位字母表示。例如：Q345R鉬鋼、鉻-鉬鋼的牌號(hào)，用平均含碳量和合金元素字母、壓力容器“容”字的漢語(yǔ)拼音首位字母表示。例如：15CrMoR3.2.1壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼

常用于壓力容器的低合金鋼牌號(hào)如下：Q345R、Q370R、18MnMoNbR、07MnCrMoVR等。（1）低合金鋼的特點(diǎn)：含碳量一般控制在0.2%以下，通過添加合金元素Mn、Mo等合金元素及V、Nb、Ti、Al等微合金元素，配合適當(dāng)?shù)能堉乒に嚮驘崽幚砉に噥肀ＷC鋼材具有優(yōu)良的綜合性能；

A、主要通過細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化；

B、屈服強(qiáng)度在295-460Mpa范圍，

C、在熱軋、控扎、正火或正火加回火狀態(tài)使用。

D、同種鋼熱處理狀態(tài)下的性能比熱軋狀態(tài)下強(qiáng)度稍有下降，塑韌性都有顯著提高。

E、焊接接頭對(duì)焊接熱輸入較敏感，具有淬硬傾向。3.2.1壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼

（一）Q345Ra、具有良好的抗熱裂性能—含碳量低、錳含量高，Mn/S大；

b、具有冷裂紋傾向，但不大；當(dāng)厚度較大、或環(huán)境溫度低時(shí)會(huì)產(chǎn)生冷裂紋；

c、焊接含碳量偏下限的 Q345R時(shí)，一般選用偏小線能量；提高過熱區(qū)塑韌性；

d、焊接含碳量偏上限的Q345R時(shí)，一般選用偏大線能量；防止冷裂紋傾向增大；

e、焊接小于等于34mm的Q345R時(shí)不需預(yù)熱，大于34mm的Q345R時(shí)需預(yù)熱100-150℃，

f、重要的構(gòu)件厚度大于34mm時(shí)焊后需要進(jìn)行600-640℃的消應(yīng)力熱處理；3.2.1壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼（二）Q370Ra、正火狀態(tài)供貨，強(qiáng)度和韌性優(yōu)于Q345R；當(dāng)厚度大于36mm時(shí)，比相應(yīng)厚度的Q345R強(qiáng)度提高10.6%；

b、焊接性能與Q345R接近焊接性良好；

c、焊接需要100℃預(yù)熱，防止冷裂紋；

d、焊接參數(shù)范圍寬，焊接線能量控制在12-45KJ/cm，可獲得性能優(yōu)良的接頭。（三）18MnMoNbRa、在950-980℃正火+620-650℃回火或調(diào)質(zhì)處理后使用；

b、組織為低碳貝氏體和低碳馬氏體，；

c、具有良好性能，冷裂紋傾向大，具有輕微的再熱裂紋敏感性，熱應(yīng)變脆化傾向小。焊接時(shí)一般要進(jìn)行預(yù)熱來防止冷裂紋和再熱裂紋，焊后需要進(jìn)行回火處理；3.2.1壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼

為了提高鋼的力學(xué)性能，必須在鋼中添加一些合金元素，其中最主要的有錳、硅、鉻、鎳、鉬、鈦、鈮、釩、鋁和銅等。這些元素添加在鋼中后，對(duì)鋼的物理性能和力學(xué)性能影響很大。(1)錳

是煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧而殘留在鋼中的。作為合金元素加入鋼中的錳，能夠提高鋼的強(qiáng)度性能和奧氏體鋼的組織穩(wěn)定性，截面較大的工件可以獲得較均勻的細(xì)化組織。如錳含量增加到10％～15％時(shí)，可獲得韌性和強(qiáng)度都好的奧氏體鋼，耐腐蝕性也很好，因此壓力容器用碳素鋼錳含量都很高。錳的不利影響是增加鋼的過熱敏感性和回火脆性。錳是最便宜的合金元素，資源豐富，我國(guó)常用錳鋼代替鎳鉻鋼。3.2.1.2壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼合金元素作用(2)硅

通常鋼中硅含量在0.2％—0.3％范圍內(nèi)。如鋼中硅的含量超過0.5％時(shí)，則認(rèn)為硅是作為特殊的合金元素加人的。硅能提高鋼的強(qiáng)度、耐腐蝕性和耐熱性。硅含量高達(dá)15％—20％時(shí)，即高硅鑄鐵，具有特別好的耐酸腐蝕性能。含硅鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)，表面形成一層SiO2，從而提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化能力，因此在鉻、鉻鋁、鉻鎳鋼中加入一定量的合金元素硅，將增加這些鋼的高溫抗氧化能力。錳鋼加硅也能提高它的抗氧化性能，但含量過高時(shí)，鋼表面脫碳傾向加劇。硅易在鋼中產(chǎn)生帶狀組織，從而使鋼材橫向性能低于縱向性能，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，韌性和可焊性降低。3.2.1.2壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼合金元素作用(3)鉻

能提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性，鉻鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，經(jīng)淬火回火處理的鉻鋼，鉻元素一般不降低其韌性。鉻是決定不銹鋼耐腐蝕性能的主要元素，鋼中鉻含量越高，其抗腐蝕性能越好。通常，不銹鋼的鉻含量高于13％。由于鉻能提高鉻鎳調(diào)質(zhì)鋼和高鉻高碳鋼的淬透性，因此冷卻時(shí)要防止由組織應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。高鉻鋼(含鉻量超過12％～14％時(shí))的導(dǎo)熱性能很差，在熱加工加熱時(shí)應(yīng)注意緩慢地升溫，并有足夠的保溫勻熱時(shí)間。高鉻鋼在成型加工時(shí)，每次變形量要小些。3.2.1.2壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼合金元素作用

(5)鉬

主要使鋼具有耐熱性和很高的高溫力學(xué)性能。在結(jié)構(gòu)鋼中，鉬的作用是消除回火脆性、細(xì)化晶粒，同時(shí)強(qiáng)烈提高鋼的淬透性，使截面厚度較大的部件可以淬透、淬深。在含有導(dǎo)致回火脆性的元素，如錳、鉻等鋼中加入鉬，能防止和減少鋼的回火脆性，提高沖擊韌性。在不銹鋼中，加入鉬后能進(jìn)一步提高鋼對(duì)有機(jī)酸、過氧化氫、亞硫酸、硫酸、酸性染料、漂白粉等的耐腐蝕性能。鉬是較貴重的元素，用途也很廣，因此鉬鋼(一般和鉻配合使用)只能用于高溫工作條件下的部件或重要的大截面構(gòu)件，如高溫高壓容器的受力部件。3.2.1.2壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼合金元素作用

(6)鈦

是最好的脫氧劑和除氣劑。若在鋼中加入0．1％～0．2％的鈦，可加強(qiáng)熔煉時(shí)鋼的精練作用，降低鋼熱處理的過熱趨勢(shì)。鈦能改善鋼的熱強(qiáng)性。在碳素鋼和低合金鋼中加入鈦，能提高持久極限和蠕變極限。含鉻量在4％～6％的鉻鋼中加入鈦后，能提高高溫時(shí)的抗氧化性能。不銹耐酸鋼中加入鈦，能避免晶界貧鉻，減少晶間腐蝕傾向，提高鋼的耐腐蝕性能和韌性，抑制鋼在高溫時(shí)晶粒長(zhǎng)大傾向，改善鋼的焊接性能。在錳鋼中，加入少量的鈦，能提高它的力學(xué)性能，特別是屈服極限；在鑄鋼中加入約0．2％的鈦，可以細(xì)化鑄態(tài)組織，提高鑄鋼的強(qiáng)度和韌性。3.2.1.2壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼合金元素作用(7)釩

在鋼中的主要作用是細(xì)化晶粒，提高晶粒粗化溫度，降低鋼的過熱敏感性，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。釩在高溫溶入奧氏體時(shí)，能提高鋼的淬透性。相反，若以碳化物形態(tài)存在時(shí)，將降低鋼的淬透性。其次釩能增加淬火鋼的回火穩(wěn)定性，并產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。(8)鎢

其硬度和熔點(diǎn)都高，一般用來制造合金工具鋼和高速鋼。鎢能增加鋼的回火穩(wěn)定性、紅硬性和熱強(qiáng)性，如在結(jié)構(gòu)鋼中加入0．2％～0．4％的鎢，便能防止熱處理時(shí)晶粒長(zhǎng)大和粗化，降低回火脆化傾向，顯著地提高鋼的強(qiáng)度和韌性。在不銹鋼中，如15A13MoWTi(鎢含量為0．4％～0．6％)是一種不含鉻鎳的耐腐蝕鋼，用于常壓加熱爐、裂化加熱爐、減壓加熱爐、催化加熱爐輻射段爐管和裂化分餾塔、焦化分餾塔內(nèi)構(gòu)件等，耐腐蝕性能很好，優(yōu)于0Cr13鋼。（9）鋼中加入適量的稀土元素，能凈化晶界上的雜質(zhì)，提高鋼的高溫強(qiáng)度，還能改變鋼中非金屬夾雜物的形態(tài)，改善鋼的塑性3.2.1.2壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼合金元素作用用于低溫條件的鋼材，分為含鎳和不含鎳鋼兩類；常用低溫鋼牌號(hào)有16MnDR、15MnNiR、O9MnNiDR。低溫鋼主要性能要求：保證使用溫度下具有足夠的韌性和抵抗脆性破壞的能力，主要通過降低含碳量、限制S、P等雜質(zhì)元素含量、通過微量合金元素細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化，配合正火或正火加回火處理獲得良好的低溫韌性。不含鎳低溫鋼含碳量低、合金元素含量低，冷裂傾向小，焊接性良好；一般不需預(yù)熱；含鎳低溫鋼具有冷裂傾向小，當(dāng)厚板焊接或拘束較大時(shí)應(yīng)預(yù)熱；焊接材料應(yīng)嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素含量防止熱裂紋；焊接盡量采用小線能量，多層多道焊控制層間溫度；3.2.3壓力容器用低溫鋼不銹鋼的類別

不銹鋼分為不銹鋼和耐酸鋼，不銹鋼是指在大氣、水等弱腐蝕介質(zhì)中耐腐蝕的鋼。耐酸鋼是指在酸堿鹽等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中耐蝕的鋼，耐酸鋼一定是不銹鋼。不銹鋼分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼和雙相不銹鋼。

a、鐵素體鋼---含鉻量為17-28%的高鉻鋼，主要作為熱穩(wěn)定鋼；

b、馬氏體鋼—以鉻13系列和鉻12系列為基多元合金鋼

c、奧氏體鋼—高鉻鎳鋼及高鉻錳氮鋼等的奧氏體鋼；有以18-8為基的耐蝕鋼和25-20為基的熱穩(wěn)定鋼。

d、雙相不銹鋼—鐵素體和奧氏體相各占50%不銹鋼；3.3壓力容器用不銹鋼奧氏體不銹鋼由于使用條件的改變，存在著晶界腐蝕、點(diǎn)蝕及應(yīng)力腐蝕破裂等。316LMod不銹鋼的點(diǎn)蝕316LMod不銹鋼的應(yīng)力腐蝕裂紋3.3壓力容器用不銹鋼選材不當(dāng)、材料誤用、材料缺陷等材料原因是造成壓力容器設(shè)備事故的主要原因之一.加強(qiáng)對(duì)材料質(zhì)量控制與管理，合理選用、正確使用，是保證壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量的前提條件選用錯(cuò)誤的材料或者不恰當(dāng)?shù)牟牧峡赡軙?huì)給生產(chǎn)安全帶來諸多隱患。

316LMod316L3.3壓力容器用不銹鋼316L316LMod

3.3壓力容器用不銹鋼3.4壓力容器用材料標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱1GB/T699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》（含第1號(hào)修改單）2GB/T700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》3GB710-2008《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋薄鋼板和鋼帶》4GB711-2008《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和寬鋼帶》5GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》6GB912-2008《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)熱鋼軋薄鋼板及鋼帶》7GB/T1591-2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》8GB19189-2003《壓力容器用調(diào)制高強(qiáng)度鋼板》9GB/T3274-2007《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》10GB3531-2008《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》11GB6653-2008《焊接氣瓶用鋼板》12GB/T3621-2007《鈦及鈦合金板材》注：以上版本僅供參考，所有標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以現(xiàn)行版、替代標(biāo)準(zhǔn)和修改單為準(zhǔn)。序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱13GB/T3087-2008《低中壓鍋爐用無縫鋼管》14GB/T3092-2008《低壓流體輸送用焊接鋼管》15GB/T3624-2007《鈦及鈦合金管》16GB8163-2008《輸送流體用無縫鋼管》17GB8162-2008《結(jié)構(gòu)用無縫鋼管》18GB/T8165-2008《不銹鋼復(fù)合鋼板和鋼帶》19GB/T8546-2007《鈦—不銹鋼復(fù)合鋼板》20GB/T8547-2006《鈦—鋼復(fù)合板》21JB/T4737-1995《橢圓形封頭》22GB19189-2003《壓力容器用調(diào)制高強(qiáng)度鋼板》23GB6479-2000高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管21GB/T13296-1991《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》22JB/T4726-2000《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》23JB/T4727-2000《低溫壓力容器用低合金鋼鍛件》24JB/T4728-2000《壓力容器用不銹鋼鍛件》3.4壓力容器用材料標(biāo)準(zhǔn)3.4壓力容器用材料標(biāo)準(zhǔn)

2006年美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）鍋爐及壓力容器規(guī)范ASMECODECASE2506正式采納我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6654-1996《壓力容器用鋼板》中的16MnR鋼可用于制造ASME規(guī)范第VIII卷第1冊(cè)的壓力容器“這是我國(guó)壓力容器用鋼板首次被國(guó)際公認(rèn)的權(quán)威性ASME規(guī)范所采納。此次ASME標(biāo)準(zhǔn)案例引入16MnR，對(duì)于我國(guó)取得ASME認(rèn)證的鍋爐壓力容器制造企業(yè)來說是一個(gè)喜訊，不僅省卻了采購(gòu)國(guó)外材料的昂貴費(fèi)用，而且為我國(guó)壓力容器材料進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)打通了渠道?！备阶ⅲ篈SME對(duì)使用16MnR鋼提出如下條件：A)最高許用設(shè)計(jì)應(yīng)力不得超過下表所示值。最高許用設(shè)計(jì)溫度不得高于260℃