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1、1鋼材選用原則在壓力容器設(shè)計(jì)中,正確選用結(jié)構(gòu)材料對于保證容器結(jié)構(gòu)合理,操作安全以及合理的經(jīng)濟(jì)性是至關(guān)重要的.鋼材的選用應(yīng)根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力,設(shè)計(jì)溫度以及介質(zhì)特性.所選用的材料在設(shè)計(jì)條件下應(yīng)具有好的機(jī)械性能,耐腐蝕性能,良好的焊接性能以及冷熱加工性能.除此之外,還應(yīng)選用最經(jīng)濟(jì)的材料,以降低設(shè)備成本.化工和石油化工裝置中常用鋼材按它的化學(xué)成分和金相組織分類定義如下:碳素鋼---含錳量小于等于1.2%,含碳量小于等于2.0%,不有意加其它合金元素的鐵碳合金.其中低碳鋼一般是指含碳量小于等于0.25%的
2、碳素鋼.從鋼材可焊性考慮,用于焊接結(jié)構(gòu)受壓元件用鋼的含碳量不應(yīng)大于0.25%.也就是說,焊接壓力容器用碳素鋼均是低碳鋼.本選材原則中所指碳素鋼均為低碳鋼.低合金鋼---低合金鋼是低合金高強(qiáng)度鋼和珠光體耐熱鋼的總稱.其中低合金高強(qiáng)度鋼是指以提高鋼材強(qiáng)度和改善綜合性能為主要目的合金含量小3.0%的合金鋼.例如:16MnR,15MnV等.珠光體耐熱鋼是指以改善鋼材耐熱及抗氫性能為主要目的,加入鉻Cr(≤10%),鉬等合金元素的低碳珠光體耐熱鋼.例如:18MnMoNb,15CrMo等鋼.奧氏體不銹鋼--
3、-常溫下金相組織大部分為奧氏體的不銹鋼.例如:0Cr18Ni9,0Cr17Ni12Mo2.鐵素體不銹鋼--常溫下金相組織大部分為鐵素體的不銹鋼.例如:0Cr13A1馬氏體不銹鋼--常溫下金相組織大部分為馬氏體的不銹鋼.例如:0Cr13制造壓力容器的材料應(yīng)符合GB150--1998<<鋼制壓力容器>>的規(guī)定,具體鋼號(hào)的使用溫度上限是許用應(yīng)力表4-1~4-7中提供具體許用應(yīng)力值的最高溫度.使用溫度下限分別見表4-2,4-4,4-6和表4-10.國內(nèi)鋼號(hào)和ASME-II相近鋼號(hào)的化學(xué)成分,常溫機(jī)械性能
4、,供貨狀態(tài)等見后附表.各類鋼材選用一般原則:從采購和制造考慮,容器選用的鋼材應(yīng)盡量合并品種和規(guī)格.⑴碳素鋼選用Q235-A.F,Q235-A,Q235-B,Q235-C鋼號(hào)的條件必須符合"GB150"4.2節(jié)的具體規(guī)定.受壓元件壁厚小于8mm時(shí),盡量采用碳素鋼鋼板.受壓元件壁厚取決于剛度時(shí),優(yōu)先選用碳素鋼.⑵低合金鋼受壓元件壁厚取決于強(qiáng)度時(shí),在符合適用范圍前提下,依次選用低碳鋼,低合金鋼.即20R,16MnR,15MnVR等鋼板.碳素鋼和碳錳鋼在4250C下長期使用,因鋼中的滲碳體分解而產(chǎn)生碳化
5、物相的石墨化傾向,使材料的強(qiáng)度,塑性和沖擊韌性下降,鋼材明顯變脆,所以不能使用.必須采用低碳珠光體耐熱鋼.⑶珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼一般用作設(shè)計(jì)溫度高于3500C的耐熱用鋼或抗氫用鋼.⑷奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼主要用于耐物料腐蝕或者物料要求干凈不能受鐵離子污染的工況.奧氏體不銹鋼一般不用作設(shè)計(jì)溫度低于5000C的耐熱用鋼.奧氏體不銹鋼一般只在無法選擇低合金鋼作低溫用鋼時(shí)才用作低溫用鋼當(dāng)所需厚度大于12mm時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮選用奧氏體不銹鋼復(fù)合鋼材⑸低溫用鋼當(dāng)設(shè)計(jì)溫度為低于等于-200C時(shí),一般應(yīng)選用
6、低溫用鋼.(低應(yīng)力除外)若鋼材使用在材料脆性轉(zhuǎn)變溫度以下且應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后,材料就會(huì)出現(xiàn)脆性破壞.若材料在使用溫度下具有一定的韌性,就可以避免出現(xiàn)脆性破壞.在實(shí)際生產(chǎn)中,采用沖擊試驗(yàn)的方法來衡量材料的韌性,并根據(jù)材料的拉伸強(qiáng)度規(guī)定了相應(yīng)的沖擊值要求.低溫用鋼材除滿足拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度要求外還必須滿足沖擊韌性的要求.⑹耐腐蝕用鋼抗氫腐蝕鋼--珠光體耐熱鋼用作高溫抗氫鋼時(shí),因長期使用在高溫下,溶于鋼中的氫與碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所生成的甲烷聚集,使鋼材產(chǎn)生內(nèi)裂紋甚至出現(xiàn)開裂(即氫脆).為此,在高溫含氫的工
7、況下,應(yīng)根據(jù)物料的氫分壓(設(shè)計(jì)壓力乘氫的體積百分?jǐn)?shù))和設(shè)計(jì)溫度查納爾遜曲線以求得適用于該工況的鋼號(hào).納爾遜曲線可查"HG20581-1998"圖6-1⑺非受壓元件用鋼"GB150-1998"規(guī)定了壓力容器用鋼,對非受壓元件沒有作明文規(guī)定,"HG20581-1998"對非受壓元件鋼材的選用提出如下規(guī)定:根據(jù)部件的使用溫度下限,重要性以及承受壓力大小,按下述規(guī)定分別選取相應(yīng)的系數(shù)K1,K2,K3.使用高溫系數(shù)K1:T>00C,K1=1;00C≤T>-200C,K1=2;-200C≤T,K1=3.重要
8、性系數(shù)K2:若有損壞,對設(shè)備僅局部有影響,K2=1;若有損壞,對設(shè)備整體有影響,K2=2.應(yīng)力水平系數(shù)K3:應(yīng)力水平低,K3=1;應(yīng)力水平小于等于許用應(yīng)力的2/3,K3=2;應(yīng)力水平大于許用應(yīng)力的2/3,K3=3.K=K1+K2+K3按板厚和K值從下表查取應(yīng)采用的鋼號(hào).
