【文章內(nèi)容簡介】 是一種充分脫氧的鋼，成材率較低，但鋼中雜質(zhì)少，氣泡和疏松性少， 質(zhì)量高。目前，由于平爐冶煉時間長，占地面 積大，生產(chǎn)效率低，此法逐步被淘汰。降低鋼中的硫、磷含量：因為硫、磷均 為鋼中的有害雜質(zhì)，硫與 鐵在晶界處生成低熔點硫化鐵（FeS ），熱 加工時易產(chǎn)生熱脆，即稱熱脆性，焊接時，硫和氧結(jié)合產(chǎn)生 SO2 使 焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松，影響 焊接接頭 的質(zhì)量；磷與鐵形成磷化三鐵（Fe3P），明 顯 的降低鋼的塑性韌性，尤其是低溫時更差，屬冷脆現(xiàn)象，磷過多， 焊接變壞，易產(chǎn)生裂紋。由于磷和硫是礦石中帶來的，隨著冶煉技術(shù)的進長和壓力容器質(zhì)量要求的提高，磷、硫含量將逐步降低，要求的磷、硫含量為：P≤%；S≤%. 3）GB150 中對材料的修改情況是：2022 年起，取消 和 Q235A 鋼板在受壓元件中的應(yīng)用；《制造許可》中規(guī)定，對用于焊接接構(gòu)的壓力容器用鋼磷、硫含量：磷P≤%，硫 S≤%。，并規(guī)定鋼的含碳量應(yīng)不大于 %,且按下式計算的碳當(dāng)量 Ceq 不大于 %。Ceq = C + Si∕24 + Mn∕6 + Ni∕40 + Cr∕5 + Mo∕4 + V∕14沸騰鋼不允許用于制造壓力容器的受壓元件。 4)Q235 鋼板：在圖樣的材料明細(xì)表中不得只標(biāo) Q235，應(yīng)根據(jù)設(shè)計須要在尾部帶上“A 或B 或C”，Q235 鋼板的具體數(shù)據(jù)見下表： Q235 熱軋厚鋼板（板厚≤16mm）的化學(xué)成分和力學(xué)性能表 化學(xué)成分 % 力學(xué)性能MPa沖擊性能牌號等級 C Mn Si≤ S≤ P≤ бs≥бb≥溫度0C沖擊功JQ235A Q235B 20Q235C ≤ 235375500 027注：Q235A 未提供沖擊功。4．2 D 類壓力容器受壓元件用鋼板在 D 類壓力容器中，主要使用 GB150 的表 41“鋼板許用應(yīng)力”列入的下列鋼板：15 / 64 1）碳素鋼板：使用 Q235B 、Q235C 和 20R 鋼板。 Q235B 鋼板（GB912 和 GB3274）的適用范圍：容器設(shè)計壓力 P≤ ； 鋼板使用溫度為 0～350 0C；用于殼體時，鋼板厚度不大于 20mm；不得用于毒性為高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器。在表 41 中所列許用應(yīng)力值，已乘質(zhì)量系數(shù)。 Q235C 鋼板（GB912 和 GB3274）的適用范圍：容器設(shè)計壓力 P≤,鋼板使用溫度為 0～400 0C。用于殼體時，鋼板厚度不大于 30mm20R 鋼板（GB6654）的應(yīng)用：用作殼體時，適宜厚度不超過 30mm；使用溫度建議為19～475 0C；為避免增加試驗項目，當(dāng)使用溫度低于 00C 時，建議使用厚度小于 25mm；使用溫度低于10 0C 時，建議使用厚度小于 12mm。 2）低合金鋼板：使用 16MnR（GB6654）和 16MnDR（GB3531）鋼板 16MnR 鋼板：常溫使用時的厚度不宜超過 30mm；使用溫度建議為19～475 0C。使用溫度低于 00C 時，建議使用厚度小于 35mm；使用溫度低于10 0C 時，建議使用厚度小于 20mm，以避免增加試驗項目。16MnDR 鋼板：使用的最高溫度為 3500C，厚度不宜超過 35mm。對于有經(jīng)驗的設(shè)計單位，也可選用 GB6654 中的 15MnNbR 和，15CrMoR；GB3531 中的 15MnNbDR 和 09MnNiDR。3）高合金鋼板：經(jīng)常使用奧氏體不銹鋼板（GB4237）：用于清潔美觀的壓力容器用鋼板有：0Cr18Ni9 ；用于抗氧化性介質(zhì)腐蝕的不銹鋼有：00Cr19Ni10 和 0Cr18Ni10.用于抗醋酸介質(zhì)腐蝕用的不銹鋼有：OCr17Ni12Mo2，0Cr18Ni12Mo2Ti00Cr17Ni14Mo2。 0Cr19Ni13Mo3。00Cr19Ni13Mo3 。說明：①抗腐 蝕原理：鉻鎳 奧氏體不銹鋼是指上述鋼 號經(jīng)固熔熱處理而具有均一的奧氏體鋼，這種鋼在氧化性介質(zhì)中具有良好的抗腐蝕性，高的塑性和韌性。這種鋼的耐腐蝕的基理通常用鋼生成氧化膜的理論來解釋，即鋼在空氣中或在氧化性介質(zhì)中，其表面氧化，生成緻密的氧化薄膜，它阻止內(nèi)部 進一步氧化，或受介質(zhì)的侵蝕，這種現(xiàn)象稱 鈍化現(xiàn)象。 鈍化膜的生成與不銹鋼的表面的質(zhì)量有關(guān)，機械損傷破壞的氧化膜會重新生成，但很緩慢，清 潔 表面后可再度產(chǎn)生氧化膜。鋼表面的殘余氧化皮、砂眼、起鱗，氧化膜 難以生成，會造成局部腐蝕。拋光表面、經(jīng)磨光和酸洗的表面，可加速氧化膜的形成，提高抗腐蝕性。 ②不銹鋼晶 間腐蝕：晶間 腐蝕是鋼的晶體邊界受到腐 蝕的一種破壞形式。 這種腐蝕沿著晶界快速傳播到金屬內(nèi)部。晶間腐蝕特別危險，因為肉眼不容易發(fā)現(xiàn)，由于這種腐蝕的結(jié)果，材料的機械強度喪失達到很大的數(shù)值。晶間腐蝕的傾向，主要決定于鋼的含碳量，其原因是：當(dāng)鋼加熱到不太高的溫度（600800 0C）時，由于富鉻的碳化物在晶界上析出，使固溶體晶界上貧鉻，結(jié)果，晶界未能 鈍化，使其耐腐蝕性變差，解決的辦法是：a)采用鋼在 108011500C 的固溶處理，使碳重新溶入奧氏體固溶體；b)將鋼中碳含量降低至≤%；c)加入形成穩(wěn)定碳化物的元素鈦或鈮到鋼中，加鈦量應(yīng)≥5C%，但含 鈦的不銹鋼 的加熱溫度不應(yīng)超過11000C，以免碳化 鈦重新溶入固溶體中，重新產(chǎn)生碳化 鉻而發(fā)生貧鉻現(xiàn)象。4．3 鋼管4．3．1 鋼管的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力按 GB150 的表 43 鋼管許用應(yīng)力的規(guī)定。16 / 64D 類壓力容器常用的碳素鋼和低合金鋼鋼管牌號有：10 20 20G 16Mn 。10 和 20 鋼管，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：GB816387《輸送流體用無縫鋼管》；20G 和 16Mn 鋼管，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：GB6479《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》。常用的不銹鋼管 0Cr18Ni 00Cr19Ni10 和 0Cr18Ni10Ti 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：GB1329691《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》 GB/T1479694 《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》4．3．2 關(guān)于不銹鋼焊接鋼管在壓力容器中的使用問題：在附錄 A 的 中有明確規(guī)定。對奧氏體不銹鋼焊接鋼管（見 ）應(yīng)遵循 GB1277191《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》的規(guī)定。具體要求是：壁厚允許偏差為177。%；鋼管的彎曲度不大于 ；逐根進行蝸流或射線（對大直徑管）及水壓試驗合格；檢測標(biāo)準(zhǔn)按 JB/《承壓設(shè)備無損檢測》中的相關(guān)部分，水壓試驗壓力為容器設(shè)計壓力的 2 倍，保壓時間為 10 秒，管壁無滲漏現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼焊接鋼管的使用范圍規(guī)定如下：容器使用溫度定為0Cr18Ni 00Cr19Ni10 和 0Cr18Ni10Ti 等鋼號的相應(yīng)允許使用溫度；容器設(shè)計壓力不大于 ；管壁厚不大于 8mm；不得用于毒性程度為極度危害的介質(zhì)；焊接接頭系數(shù)為 ，即按相同鋼號的許用應(yīng)力乘以 的焊接接頭系數(shù)。4．4 鋼鍛件鋼鍛件的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力按 GB150 表 45 的規(guī)定，鋼鍛件的標(biāo)準(zhǔn)和常用鋼鍛件為： JB47262022《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》中的 35 和 16Mn JB47272022《低溫壓力容器碳素鋼和低合金鋼鍛件》中的 16MnD JB47282022《壓力容器用不銹鋼鍛件》中的 0Cr18Ni00Cr19Ni10 和0Cr18Ni10。 焊接材料壓力容器受壓元件焊接選用的焊條（焊接材料）的參考原則是：①滿足力學(xué)性能的要求，保持等強度，考慮滿足沖擊韌性和伸長率的要求；②化學(xué)成分相當(dāng)；③根據(jù)工程重要性、危險性、焊接位置、剛性大小、施焊條件、焊接經(jīng)驗選擇焊條；④考慮經(jīng)濟性和容易獲得；碳鋼和低合金鋼之間焊接，一般要求所選用的焊材焊成的焊接接頭，其強度不低于強度較低的一側(cè)母材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限值，而接頭的韌性和塑性應(yīng)不低于強度較高而塑性韌性較差的母材。首次選用的焊接材料，應(yīng)按 JB47082022《鋼制壓力容器焊接工藝評定》和JB/T47092022《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》的規(guī)定。壓力容器用焊條定貨時，應(yīng)按 JB/T 47472022《壓力容器用焊條訂貨技術(shù)條件》。焊接材料的標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T51171995《碳鋼焊條》； GB/T51181995《低合金鋼焊條》； GB/T9831995《不銹鋼焊條》；17 / 64GB/T9842022《堆焊焊條》；GB/T149571994《熔化焊用鋼絲》； GB/T149581994《氣體保護焊用鋼絲》；GB/T81101995《氣體保護電弧焊用碳鋼，低合金鋼焊絲》GB424184《焊接用不銹鋼盤條》； GB424284《焊接用不銹鋼絲》； GB434384《惰性氣體保護焊接用不銹鋼棒及鋼絲》。YB/T50911993《惰性氣體保護焊用不銹鋼棒及鋼絲》；YB/T50921996《焊接用不銹鋼絲》；GB/T52931999《埋弧焊用碳素鋼焊絲和焊劑》；GB/T124701999《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》；4．6 采用國外鋼材的要求采用國外的鋼材，應(yīng)是國外相應(yīng)壓力容器最新標(biāo)準(zhǔn)所允許使用的鋼材；其使用范圍不應(yīng)超出該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，同時也不應(yīng)超過 GB150 第 4 章材料相近鋼材的規(guī)定。4．7 一些鋼材的代用規(guī)定1）鋼材的代用的一般原則是：代用材料應(yīng)與被代用的鋼材具有相同或相近的化學(xué)成分、交貨狀態(tài)、檢驗項目、性能指標(biāo)和檢驗率以及尺寸公差和外形質(zhì)量等。2）代用圖樣規(guī)定的鋼材時，應(yīng)取得原設(shè)計單位的同意。3）鋼板代用：①GB71288《船體用結(jié)構(gòu)鋼》中的 A 級鋼板，可代用 Q235A（不得作受壓元件）；B 級鋼板在鋼廠按標(biāo)準(zhǔn)要求進行沖擊試驗合格后，可代用 Q235C 鋼板，未作沖擊試驗的鋼板，則只能代用 Q235B 鋼板；②GB7131997《鍋爐用碳素鋼和低合金鋼鋼板》中的 20g 鋼板可代用 Q235C鋼板。4）鋼管代用：GB308782《低中壓鍋爐用無縫鋼管》中的 10 和 20 鋼管，可代用 GB81631999 《輸送流體用無縫鋼管》中相應(yīng)的鋼管。4．8 特殊工作環(huán)境下的選材 關(guān)于介質(zhì)處于 NaOH 濕 H2S 應(yīng)力腐蝕時的選材問題，可見《容規(guī)》126 頁，關(guān)于“壓力容器選材與介質(zhì)”的說明。 5．內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球體的計算 內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球體計算的理論基礎(chǔ) 1）強度理論：內(nèi)壓容器的破壞有四種強度理論，比較為人們接受的有第一、第三和第四強度理論。 ①第一強度理論即最大主應(yīng)力理論，它認(rèn)為引起材料斷裂破壞的主要因素是最大主應(yīng)力。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大主應(yīng)力達到材料單向拉伸斷裂時的最大應(yīng)力值，材料則發(fā)生斷裂破壞，其當(dāng)量應(yīng)力強度為 S = б 1 。18 / 64 ②第三強度理論即最大剪應(yīng)力理論，它認(rèn)為引起材料屈服破壞的主要因素是最大剪應(yīng)力。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要最大剪應(yīng)力達到材料屈服時的最大剪應(yīng)力值，材料則發(fā)生屈服破壞，其當(dāng)量應(yīng)力強度為 S = б 1б 3 。 ③第四強度理論即最大應(yīng)變能理論，它認(rèn)為引起材料屈服破壞的主要因素是最大變形能。亦即不論材料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，只要其內(nèi)部積累的變形能達到材料單向拉伸屈服時的應(yīng)變能，材料即發(fā)生屈服破壞，其當(dāng)量應(yīng)力強度為：2）GB1501998 標(biāo)準(zhǔn)中計算公式主要以第一強度理論為基礎(chǔ)（結(jié)果比較接近）。并采用平面應(yīng)力狀態(tài)（忽略第三向應(yīng)力）。如果考慮第三向的應(yīng)力，則是第三強度理論。5．2 內(nèi)壓圓筒計算1）設(shè)計溫度下的計算厚度按下式計算： 公式適用范圍：Pc≤ Ф [σ] t 或 Do/Di≤ 式中：δ 圓筒的計算厚度 mm；Pc–計算壓力，MPa； Di – 圓筒內(nèi)直徑，mm； [σ] t –設(shè)計溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，MPa； Ф – 焊接接頭系數(shù)。2）公式來源：用第一強度理論，以圓筒平均直徑為基準(zhǔn)計算的環(huán)向應(yīng)力，考慮了圓筒內(nèi)壁上最大主應(yīng)力與平均拉應(yīng)力的差值進行了修正，并考慮了縱向焊縫（A 類焊接接頭）在強度方面相對于母材的削弱。公式中應(yīng)力的推導(dǎo)是根據(jù)薄膜應(yīng)力理論。3) 公式推導(dǎo)： 設(shè)直徑 D 筒體受內(nèi)壓力為 P 的作用，圓筒上的任一小單元上受三個主應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力 σ 1 、軸向應(yīng)力 σ 2和徑向應(yīng)力 σ 3的作用，求應(yīng)力時，可通過中心軸線沿縱向?qū)A筒切成兩部分，去除一部分以應(yīng)力代替，根據(jù)力平衡理論，在縱向截面厚度產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 σ 1，其合力與外部作用的壓力作用平衡，設(shè)圓筒直徑為D，長度為 L，厚度為 δ，按平衡關(guān)系則有：2 Lδσ 1 = P D Lσ 1 = P D/2δ 沿垂直主軸線的截面將圓筒體切開，在圓形橫截面上的應(yīng)力為 σ 2，產(chǎn)生平衡的條件為：． πDσ 2δ =1/4 πD 2P；σ 2= P D/4δ徑向應(yīng)力 σ 3= P ，可見 σ 1=2σ 2，并遠(yuǎn)大于 σ 3 ，故采用 σ 1 = P D/2δ，即：δ= P D/2σ 1 ，令 D=Di+δ ， P = pc代入， σ 1以 Ф[σ] t代入，則得到 ： 。19 / 644）如已知 δn、 Pc、 Di；則圓筒體的計算應(yīng)力 σ t為： 式中 б t≤ Ф [σ] t 式中：δe 為有效厚度。5）設(shè)計溫度下，筒體的最大允許工作壓力[Pw]為：