承压设备常用材料

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1、承压设备用材要求 足够的强度 良好的韧性 良好的加工工艺性能 良好的低倍组织和表面质量 高温元件材料应由良好的高温特性 与耐蚀介质接触的材料应由良好的抗腐蚀性能,3.承压设备常用材料,1.按碳含量分类 低碳钢（C0.25%） 中碳钢（C0.25-0.60%） 高碳钢（C0.60%）。 2.按钢的质量分类 普通钢（P0.045%，S0.050%） 优质钢（P、S均0.035%） 高级优质钢（P0.035%，S0.030%） 3.按钢的用途分 碳素结构钢 碳素工具钢 4.按冶炼时脱氧程度分 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢,3.1 压力容器用碳素钢,根据GB/T 221-2008 钢铁产品牌号表示方法 碳

2、素结构钢和低合金结构钢的牌号通常由四部分组成 第一部分：前缀符号+强度值（N/mm或MPa）,其中通用结构钢前缀符号为代表屈服强度的拼音字母“Q”， 专用钢前缀符号见表3。 第二部分（必要时）：钢的质量等级，用A、B、C、D、E表示。 第三部分（必要时）：脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢：Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢。镇静钢、特殊镇静钢表示符号通常可以省略。 第四部分(必要时)：产品用途、特性和工艺符号表示方法，如锅炉压力容器用钢板用“R”表示，详见表4。,3.1 压力容器用碳素钢,常用的普通低碳钢牌号有Q235B、Q235C,钢材具有如下特点： （1）热轧状态交货,具有良好的塑

3、性、韧性和冷热加工性能； （2）焊接性优良，一般不需预热、控制层间温度、后热和热处理；合金元素含量少，焊接不会产生硬化组织；焊接接头塑韧性好。 注: 表3.3-1和3.3-2中20R钢号在GB713-2008中应为Q245R,其S，P含量分别0.015,0.025,3.1 压力容器用碳素钢,(一)锰的影响一般认为锰在钢中是一种有益的元素。在碳钢中含锰量通常在0.25080范围；在含锰合金钢中，一般控制在1.01.2范围。锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化；一部分锰也能溶于Fe3C中，形成合金渗碳体；锰还能增加珠光体相对量，并使它变细，从而提高钢的强度。锰与硫化合成为MnS，以

4、减轻硫的有害作用。当锰含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响并不显著。,锅炉压力容器常用碳素钢的含碳量一般不超过0.25%。除碳外，钢种还含有硅、锰、硫、磷以及氮、氢、氧等杂质。这些杂质会对钢的性能产生影响,3.1.2 压力容器用碳素钢主要元素作用,(二)硅的影响硅在钢中也是一种有益的元素。在镇静钢(用铝、硅铁和锰铁脱氧的钢)中含硅最通常在0.10O.40之间；沸腾钢(只用锰铁脱氧的钢)中只含有0.030.07Si。硅与锰一样，能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性均提高，塑性、韧性均降低。硅也有一部分存在于硅酸盐夹杂中。当硅含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质

5、存在时，对钢的性能影响亦不显著。,3.1.2 压力容器用碳素钢主要元素作用,(三)硫的影响 硫主要以硫化铁形式存在。硫化铁与铁形成低熔点共晶体（熔点985）分布于晶界上，当钢材在8001200锻轧时，由于低熔点共晶体熔化而使钢材沿晶界开裂，即“热脆”。为了避免热脆，钢中含硫量必须严格控制，压力容器专用钢板含硫量应0.020。 GB6654-1996压力容器用钢板及修改单 GB3531-1996低温压力容器用低合金钢钢板， 在钢中增加含锰量，可消除硫的有害作用。Mn与S形成熔点为1620的MnS，MnS高温时又有塑性，因此可避免热脆现象。,3.1.2 压力容器用碳素钢主要元素作用,(四)磷的影响

6、 磷也是一种有害杂质。磷在钢中全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下钢的塑性、韧性急剧降低，并使脆性转化温度有所升高，使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。磷的存在也使焊接性能变坏，因此钢中含磷量要严格控制，压力容器专用钢材含硫量应0.030。,3.1.2 压力容器用碳素钢主要元素作用,(五)氮、氢、氧的影响 氮使钢耐蚀性下降，以及出现应变实效脆化。 氧使钢强、塑性降低，热脆现象严重，疲劳强度下降。 氢会引起氢脆、延迟裂纹、白点等危险缺陷,3.1.2 压力容器用碳素钢主要元素作用,1.按合金元素加入量分类 低合金钢（C5%） 中合金钢（C5-10%） 高合金钢（C10%）。

7、 2.按钢的用途分 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能合金钢 3.按钢的组织分类：珠光体钢、奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢 4.按所含主要合金分类：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢,3.2 压力容器用低合金钢,注：金属材料的表示方法：GB/T 221-2000钢铁产品牌号表示方法,1.16MnR (GB713-2008改为Q345R)2. 15MnVR （GB150中已取消此钢号）3. 15MnVNR（GB713-2008改为Q370R）4.18MnMoNbR5. 13MnNiMoNbR(GB713-2008改为13MnNiMoR)6. 07MnCrMoVR（GB191892003）,注：按照GB713

8、-2008锅炉压力容器用钢板的规定：碳素钢和低合金高强钢的牌号用屈服强度值和“屈”字、压力容器“容”字的汉语拼音首位字母表示。例如：Q345R 钼钢、铬-钼钢的牌号，用平均含碳量和合金元素字母、压力容器“容”字的汉语拼音首位字母表示。例如：15CrMoR,3.2 .1压力容器用低合金结构钢,新标准和老标准的钢号比较见下表:,新旧标准材料常用牌号对照,常用于压力容器的低合金钢牌号如下：Q345R、Q370R、18MnMoNbR、07MnCrMoVR等。,3.2.1 压力容器用低合金结构钢,（一）Q345Ra、具有良好的抗热裂性能含碳量低、锰含量高，Mn/S大；b、具有冷裂纹倾向，但不大；当厚度较

9、大、或环境温度低时会产生冷裂纹；c、焊接含碳量偏下限的 Q345R时，一般选用偏小线能量；提高过热区塑韧性；d、焊接含碳量偏上限的Q345R时，一般选用偏大线能量；防止冷裂纹倾向增大；e、焊接小于等于34mm的Q345R时不需预热，大于34mm的Q345R时需预热100-150，f、重要的构件厚度大于34mm时焊后需要进行600-640的消应力热处理；,3.2 .1压力容器用低合金结构钢,（二）Q370Ra、正火状态供货，强度和韧性优于Q345R；当厚度大于36mm时，比相应厚度的Q345R强度提高10.6%；b、焊接性能与Q345R接近焊接性良好；c、焊接需要100预热，防止冷裂纹；d、焊接

10、参数范围宽，焊接线能量控制在12-45KJ/cm，可获得性能优良的接头。 （三） 18MnMoNbRa、在950-980正火+620-650 回火或调质处理后使用；b、组织为低碳贝氏体和低碳马氏体，；c、具有良好性能，冷裂纹倾向大，具有轻微的再热裂纹敏感性，热应变脆化倾向小。焊接时一般要进行预热来防止冷裂纹和再热裂纹，焊后需要进行回火处理；,3.2 .1压力容器用低合金结构钢,（四）07MnCrMoVR、07MnCrMoVDR、12MnNiVR钢a、07MnCrMoVR、07MnCrMoVDR 是压力容器用调质高强钢，含碳量较低，用微量合金元素强化基体实现良好强度和韧性，保证焊接性；具有较高的

11、屈服强度、良好的塑韧性；良好性能通过化学成分、组织为条状马氏体、贝氏体和少量回火马氏体；b、配套高韧性焊接材料，采用小热输入多层多道焊，具有热应变脆性和较强的再热裂纹倾向。 c、12MnNiVR是以C-SI-Mn合金为基，多元微合金化处理的合金钢，通过形成氮化物的弥散强化有效细化晶粒改善钢的强韧性，通过调至热处理得到良好性能；该钢具有高强度、高韧性、优良的焊接性和大线能量焊接要求的性能特点。,3.2 .1压力容器用低合金结构钢,为了提高钢的力学性能，必须在钢中添加一些合金元素，其中最主要的有锰、硅、铬、镍、钼、钛、铌、钒、铝和铜等。这些元素添加在钢中后，对钢的物理性能和力学性能影响很大。,(1

12、)锰 是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的。作为合金元素加入钢中的锰，能够提高钢的强度性能和奥氏体钢的组织稳定性，截面较大的工件可以获得较均匀的细化组织。如锰含量增加到1015时，可获得韧性和强度都好的奥氏体钢，耐腐蚀性也很好，因此压力容器用碳素钢锰含量都很高。锰的不利影响是增加钢的过热敏感性和回火脆性。锰是最便宜的合金元素，资源丰富，我国常用锰钢代替镍铬钢。,3.2.1.2 压力容器用低合金结构钢合金元素作用,(2)硅 通常钢中硅含量在0.20.3范围内。如钢中硅的含量超过0.5时，则认为硅是作为特殊的合金元素加人的。硅能提高钢的强度、耐腐蚀性和耐热性。硅含量高达1520时，即高硅铸铁，具有特别

13、好的耐酸腐蚀性能。含硅钢在氧化气氛中加热时，表面形成一层SiO2，从而提高钢在高温时的抗氧化能力，因此在铬、铬铝、铬镍钢中加入一定量的合金元素硅，将增加这些钢的高温抗氧化能力。锰钢加硅也能提高它的抗氧化性能，但含量过高时，钢表面脱碳倾向加剧。硅易在钢中产生带状组织，从而使钢材横向性能低于纵向性能，脆性转变温度升高，韧性和可焊性降低。,3.2.1.2 压力容器用低合金结构钢合金元素作用,(3)铬 能提高钢的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，铬钢具有良好的综合力学性能，经淬火回火处理的铬钢，铬元素一般不降低其韧性。铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的主要元素，钢中铬含量越高，其抗腐蚀性能越好。通常，不锈钢的铬含

14、量高于13。由于铬能提高铬镍调质钢和高铬高碳钢的淬透性，因此冷却时要防止由组织应力而产生裂纹。高铬钢(含铬量超过1214时)的导热性能很差，在热加工加热时应注意缓慢地升温，并有足够的保温匀热时间。高铬钢在成型加工时，每次变形量要小些。,3.2.1.2 压力容器用低合金结构钢合金元素作用,(4)镍 能使钢具有很高的强度、塑性和韧性。当镍含量少于20时，其强度随镍含量增高而增加，塑性随镍含量增高而降低。当镍含量高于20时，强度逐渐降低，但塑性提高。镍能提高钢的抗疲劳性能，减少钢对缺口的敏感性，降低钢的低温脆性转变温度。镍能够提高钢对大气、海水、酸(当镍含量超过1520时，对硫酸、盐酸均有很高的耐腐

15、蚀能力)、碱、盐等耐腐蚀性能。镍对钢的耐腐蚀性能的影响，通常是使它与铬配合时才能充分地表现出来。因为镍是形成奥氏体的合金元素，若在钢中只加入镍，而不加入铬，要使低碳镍钢获得纯的奥式体组织，只有镍含量超过24时才能比较明显地提高钢的耐腐蚀性能。若镍和铬配合加入钢中，如在铁素体铬不锈钢中加入少量的镍，使金相组织由单相铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织，从而显著地提高钢的耐腐蚀性。若对此钢进行热处理，则可提高强度。铬钢中加人的镍元素多一些，奥氏体和铁素体双相组织就变为单相奥式体钢(Cr18Ni9)。这种钢具有特别好的耐腐蚀性能和良好的形变、焊接性能。镍虽然属于稀贵金属，但是它是炼制高级合金钢的主要元素

16、之一。在腐蚀条件下工作的压力容器以及需要保持被处理物质不变质的储槽或装置(如食品工业用)，还应当用铬镍钢制造。,3.2.1.2 压力容器用低合金结构钢合金元素作用,(5)钼 主要使钢具有耐热性和很高的高温力学性能。在结构钢中，钼的作用是消除回火脆性、细化晶粒，同时强烈提高钢的淬透性，使截面厚度较大的部件可以淬透、淬深。在含有导致回火脆性的元素，如锰、铬等钢中加入钼，能防止和减少钢的回火脆性，提高冲击韧性。在不锈钢中，加入钼后能进一步提高钢对有机酸、过氧化氢、亚硫酸、硫酸、酸性染料、漂白粉等的耐腐蚀性能。钼是较贵重的元素，用途也很广，因此钼钢(一般和铬配合使用)只能用于高温工作条件下的部件或重要的大截面构件，如高温高压容器的受力部件。,3.2.1.2 压力容器用低合金结构钢合金元素作用,(6)钛 是最好的脱氧剂和除气剂。若在钢中加入0102的钛，可加强熔炼时钢的精练作用，降低钢热处理的过热趋势。钛能改善钢的热强性。在碳素钢和低合金钢中加入钛，能提高持久极限和蠕变极限。含铬量在46的铬钢中加入钛后，能提高高温时的抗氧化性能。不锈耐酸钢中加入钛，能避免晶界贫铬，减少晶间腐蚀倾向，提高钢的耐腐蚀性能和韧性，抑制钢在高温时晶粒长大倾向，改善钢的焊接性能。在锰钢中，加入少量的钛，能提高它的力学性能，特别是屈服极限；在铸钢中加入约02的钛，可以细化铸态组织，提高铸钢的强度和韧性。,