【正文】 70℃ ， AKV≥47J) ； 15Mn26A14(253℃ ， AKV≥47J) ； 奧氏體不銹鋼： 1Cr18Ni9(196℃ （ AKV≥47J) ）～ 700 ℃ ） 二、（ GB150《 鋼制壓力容器 》 、 GB3531《 低溫用壓力容器用鋼板 》 。 美國 ASME規(guī)范 Ⅷ Ⅷ 2；日本 JIS8243；德國 AD《 壓力容器規(guī)范 》 ；法國 CODAP1995《 壓力容器構(gòu)造 》 以 （ V形缺口 ） 沖擊試驗(yàn)為依據(jù) 。 GB150參考采用了 ASME Ⅷ 1的有關(guān)規(guī)定 ， 以 20J作為低碳鋼強(qiáng)度級(jí)別的鋼材的驗(yàn)收判據(jù) 。 到了 1953年 ， 由于使用了較高強(qiáng)度的鋼種 ， 因而對(duì)高強(qiáng)度鋼種應(yīng)分別對(duì)指標(biāo)進(jìn)行校正 （ 或附加側(cè)向膨脹量 ≥ )。 冷變形的影響 ：冷變形使鋼的韌性降低 ， 應(yīng)變時(shí)效使低溫韌性惡化 ， 脆性轉(zhuǎn)變溫度升高 。 細(xì)晶粒使金屬有較高斷裂強(qiáng)度 ， 且使脆性轉(zhuǎn)變溫度降低 。 2022/6/3 15 低溫鋼制壓力容器 低溫韌性影響因素 晶體結(jié)構(gòu)因素 ：體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度較高 ，脆性斷裂傾向較大；面心立方結(jié)構(gòu)金屬如銅 、 鋁 、 鎳和奧氏體鋼則沒有這種溫度效應(yīng) ， 即不產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷 。 2022/6/3 14 低溫鋼制壓力容器（ 低應(yīng)力脆性斷裂） 19世紀(jì)末以來 ， 在嚴(yán)寒地帶的鐵軌 、 橋梁和結(jié)構(gòu)件曾發(fā)生一系列低溫脆性斷裂事故 。低溫壓力容器的外殼通常采用碳鋼（如 Q23 16MnR等）。 國家 美國 日本 德國 法國 英國 規(guī)范名稱 ASMEⅧ 1 JISB8270 AD規(guī)范 非直接火受壓設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范 BS5500 低溫界線 ＜－ 30℃ ＜－ 10℃ ＜－ 10℃ ≤ － 20℃ ＜ 0℃ 表 2 各國鋼制容器規(guī)范的低溫界線 2022/6/3 4 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu)⑴ ⑴ 液氧、液氮和液氬壓力容器 圖 1 15L杜瓦容器 (液氧、液氮和液氬可以互換 ) 1 蓋 2 內(nèi)頸管 3 內(nèi)膽 4 外殼 5 拉手 6 支承墊 7 鋁殼 8 吸附劑 9 彈簧 10 抽氣管 11 抽氣管護(hù)罩 2022/6/3 5 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu)⑵ ⑴ 液氧、液氮和液氬壓力容器 圖 2 CF100000液氧儲(chǔ)槽 儀表箱； 液氧蒸發(fā)器； 抽真空管； 蓋板 2022/6/3 6 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu)⑶ ⑴ 液氧、液氮和液氬壓力容器 圖 3 WYN180型運(yùn)輸用低溫容器 (液氧、液氮和液氬可以互換 ) 真空封口； 支承； 輸液管； 定點(diǎn)液位計(jì)； 引線管； 擋板； 外殼； 吸附劑； 安全閥； 增壓系統(tǒng)； 1壓差液位計(jì)； 1蓋板； 1儀表板、 1內(nèi)膽； 1增壓管。 實(shí)踐表明這樣劃分具有足夠的安全性。 對(duì)于深低溫條件下運(yùn)行的容器 ， 應(yīng)有良好的低溫絕熱結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu) 。 低溫壓力容器是低溫工業(yè)過程的關(guān)鍵設(shè)備 。 碳鋼和低合金鋼制低溫壓力容器的特點(diǎn)是容易產(chǎn)生低溫脆性破壞 。 表 1 常見的低溫工業(yè)過程 過程種類 溫度條件 ℃ 過程種類 溫度條件 ℃ 石油精煉過程丙烷脫臘 － 40 工具鋼的低溫處理 － 90 血漿的冷凍干燥 － 40 天然氣的液化 － 160 青霉素的冷凍干燥 － 40～－ 90 煉焦油煤氣分離乙烯 － 190 氯氣的液化 － 50 液態(tài)空氣的制作 － 190 石油精煉過程 o2脫臘 － 60 由天然氣萃取氦氣 － 200 一氧化二氮的精制 － 90 2022/6/3 3 低溫壓力容器的低溫界限 按常規(guī)設(shè)計(jì)的壓力容器規(guī)范多采用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，包括了失效、破壞的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。目前世界各國按規(guī)則設(shè)計(jì)的壓力容器規(guī)范，對(duì)低溫壓力容器劃分的溫度界限各不相同，如表 2所示。 2022/6/3 7 低溫壓力容器和管道的典型結(jié)構(gòu)⑷ ⑴ 液氧、液氮和液氬壓力容器 圖 4 38M3鐵路液氧槽車 外殼體； 內(nèi)容器； 吊桿； 排液閥； 排液管。內(nèi)膽與外殼連接管道和構(gòu)件常用熱導(dǎo)率小的奧氏體不銹鋼、蒙乃爾合金。 本世紀(jì) 40年代以來 ， 許多壓力容器 、 管道 、 化工設(shè)備及大型結(jié)構(gòu)等焊接結(jié)構(gòu) ， 多次發(fā)生低應(yīng)力脆斷 ， 造成了巨大的損失 。 化學(xué)成分的影響 ：對(duì)低溫壓力容器而言 ， 增加含碳量將增大材料的脆性 ， 提高脆性轉(zhuǎn)變溫度 ， 低溫用鋼含碳量不超過 %。 夾雜物的影響 ：磷易產(chǎn)生晶界偏析 ， 鋼中的氧以各種氧化物的形式在晶界析出 ， 顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度 ， 導(dǎo)致低應(yīng)力脆斷 。 應(yīng)力狀態(tài)的影響 ：焊接接頭中有裂紋存在又具有殘余應(yīng)力時(shí) ， 低應(yīng)力脆斷性質(zhì)更為明顯 。 目前國外容器規(guī)范采用 20J作為低碳鋼在最低工作溫度或設(shè)計(jì)溫度下鋼材缺口韌性唯一判據(jù)的有：美國 ASME Ⅷ 1及 Ⅷ 2， 法國規(guī)范等 。 對(duì)鋼板來講國內(nèi)要求橫向取樣 ， 其沖擊功要求并不低于國外規(guī)則對(duì)鋼材的韌性要求 。 英國 BS550097《 非直接受火熔焊壓力容器規(guī)范 》 以寬板試驗(yàn)為基礎(chǔ) ， 以 （ V形缺口 ） 沖擊試驗(yàn)為工程評(píng)定方法 ； 日本 WES3003《 低溫結(jié)構(gòu)用鋼板評(píng)定基準(zhǔn) 》 及 JISB8250《 壓力容器構(gòu)造 另一標(biāo)準(zhǔn) 》 以溫度梯度型雙重拉伸試驗(yàn) ， 以 ESSO試驗(yàn)為基礎(chǔ) ， 以缺口沖擊試驗(yàn)作為工程評(píng)定方法 。 16MnDR(40℃ ， AKV≥24J) ； 15MnNiDR (45℃ ， AKV≥27J) ；09Mn2VDR(40℃ ， AKV≥27J) ； 09MnNiDR(40℃ ， AKV≥27J) ；07MnNiCrMoVDR(40℃ ， AKV≥47J) 。 如何確定需要的韌性水平 ， 應(yīng)根據(jù)采用何種原則決定 。 因此采用這一原則時(shí)必須測(cè)定熱影響區(qū)和熔合線的性能 。 第三種原則： 允許自缺陷處發(fā)生開裂 ， 而容器的各個(gè)部位均能止裂 。 而對(duì)于石油化工及制冷空分行業(yè)的低溫壓力容器來說 ， 其內(nèi)部介質(zhì)往往是氣相 、 氣液二相 ， 因此不能用止裂原則來防止低溫力脆斷 。 試驗(yàn)表明如焊接構(gòu)件在使用前 ， 先在高于材料無塑性轉(zhuǎn)變溫度下進(jìn)行超載試驗(yàn) ， 只要這個(gè)預(yù)加的試驗(yàn)載荷與操作時(shí)應(yīng)力是同種類型和同樣方向 ，則脆性斷裂就不會(huì)在低于預(yù)加的試驗(yàn)載荷下發(fā)生 。 從制冷劑溫度與飽和蒸氣壓關(guān)系可知 ， 采用標(biāo)準(zhǔn)沸騰溫度大于 50℃ 的制冷劑的制冷壓力容器 ， 設(shè)計(jì)壓力與低溫下的工作壓力的比值都在 6以上 。 在 “ 低溫低應(yīng)力工況 ” ， 若設(shè)計(jì)溫度加上50℃ 后高于 20℃ ， 則不必遵循低溫壓力容器的有關(guān)規(guī)定；若設(shè)計(jì)溫度調(diào)整后低于或等于 20℃ 時(shí) ， 按調(diào)整后的設(shè)計(jì)溫度執(zhí)行低溫壓力容器的有關(guān)規(guī)定 ， 沖擊試驗(yàn)溫度也 ≤ 調(diào)整后的設(shè)計(jì)溫度 。 法國 CODAP1995《 非直接火壓力容器規(guī)范 》 低溫下的工作壓力低于水壓試驗(yàn)壓力的 25% 材料的沖擊試驗(yàn)溫度可比工作溫度提高 75℃ 英國 BS55001997《 非直接受火熔焊壓力容器規(guī)范 》 σ≤2/3 ［ σ ］ 設(shè)計(jì)溫度比正常應(yīng)力水平容器設(shè)計(jì)溫度低 10℃ σ≤50MPa 設(shè)計(jì)溫度比正常應(yīng)力水平容器設(shè)計(jì)溫度低 50℃ 德國 AD壓力容器規(guī)范 σ≤3/4 ［ σ ］ 設(shè)計(jì)溫度比正常設(shè)計(jì)低 50℃ ，＞ 10mm，熱處理 σ≤1/2 ［ σ ］ 設(shè)計(jì)溫度比正常設(shè)計(jì)低 50℃ ，＞10mm，熱處理 σ≤1/4 ［ σ ］ 設(shè)計(jì)溫度比正常設(shè)計(jì)情況低 70 ～80℃ 日本 JISB824093《 制冷用壓力容器結(jié)構(gòu) 》 低溫下的工作壓力低于設(shè)計(jì)壓力的 40% 對(duì) SM SPV2 32可比正常 Y應(yīng)力情況降低使用溫度 30 ～ 50℃ 2022/6/3 23 低溫鋼制壓力容器的制造要點(diǎn)⑴ 1. 低溫鋼材牌號(hào)：低溫壓力容器用鋼按韌性達(dá)到的最低使用溫度來分類 。材料監(jiān)檢抽查要特別注意材料質(zhì)保書和領(lǐng)料單內(nèi)容的審查 ，現(xiàn)場(chǎng)巡檢應(yīng)重點(diǎn)檢查標(biāo)記移植情況 。 沖擊試樣為 10mm 10mm 55mm標(biāo)準(zhǔn)試樣 。 沖擊功指標(biāo) 鋼材試驗(yàn)溫度下的沖擊功指標(biāo) ， 按鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低抗拉強(qiáng)度的具體要求須滿足表規(guī)定 。 2022/6/3 25 低溫鋼制壓力容器的制造要點(diǎn) ⑶ 免做低溫夏比 （ V形缺口 ） 沖擊試驗(yàn)的規(guī)定 低溫壓力容器用鋼若符合下列條件之一者可免做低溫夏比 （ V形缺口 ） 沖擊試驗(yàn) 。 低溫壓力容器受壓元件或受壓元件與非受壓元件焊接用手工電弧焊焊條應(yīng)選用 GB5117《 碳鋼焊條 》 和 GB5118《 低合金焊條 》 低氫堿性焊條 。 2022/6/3 27 低溫鋼制壓力容器的制造要點(diǎn) ⑸ 鐵素體鋼之間的異種鋼焊接用焊接材料一般按韌性要求較高側(cè)的母材選用 。 10. 奧氏體鋼的焊接材料選用注意事項(xiàng) ⑴ 奧氏體鋼之間的焊接材料選用應(yīng)符合下列要求： ① 、 焊接接頭金屬含碳量 ≤ %； ② 、 焊接接頭金屬的化學(xué)成分應(yīng)符合 GB983《 不銹鋼焊條 》 中 E019 E0019 E002313和 GB4233《 惰性氣體保護(hù)焊接用不銹鋼棒及鋼絲 》 、 GB4242《 焊接用不銹鋼鋼絲 》 中 H0Cr21Ni H00Cr21NiH0Cr26Ni21的要求； ③ 、 設(shè)計(jì)溫度低于－ 100℃ 時(shí) ， 應(yīng)按 JB4708《 鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定 》 進(jìn)行焊接接頭低溫夏比 （ V形缺口 ） 沖擊試驗(yàn) ， 并符合標(biāo)準(zhǔn)中表 45要求 。 焊接線能量增大會(huì)導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)的韌性下降 。快速多道焊有利于晶粒細(xì)化 ， 提高焊縫的韌性 。 2022/6/3 30 鋁合金制壓力容器⑴ 鋁在地殼外層 16Km范圍內(nèi)約占有 %,儲(chǔ)量不僅比鐵(%)多 ， 而且比其他有色金屬的總和還多 。 我國已經(jīng)設(shè)計(jì) 、 制造和使用了大量的鋁合金容器 。 JB/T47342022《 鋁制焊接容器 》 是國內(nèi)第一個(gè)內(nèi)容完整（包括設(shè)計(jì)、選材、制造和檢