壓力容器設(shè)計制造200問答

1、壓力容器設(shè)計制造200問答（第二章）加入日期:2008-10-29|來源:程力壓力容器第二章材料2-1如何選擇壓力容器用鋼？答：選擇壓力容器用鋼應(yīng)考慮容器的使用條件（如設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、介質(zhì)特性和操作特點等）、材料的焊接性能、容器的制造工藝以及經(jīng)濟合理性。一般情況下，按下述原則進行選材：（1）所需鋼板厚度小于8mm時，在碳素鋼與低合金高強度鋼之間，應(yīng)盡量采用碳素鋼鋼板（多層容器用材除外）；（2）在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計為主的場合，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。在強度設(shè)計為主的場合，應(yīng)根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等使用限制，依次選用Q235-A、Q235-B、Q235-C、20R、16MnR等鋼板；（3）所需不銹鋼厚

2、大于12mm時，應(yīng)盡量采用襯里、復(fù)合、堆焊等結(jié)構(gòu)形式；（4）不銹鋼應(yīng)盡量不用作設(shè)計溫度小于等于500c的耐熱用鋼；（5）珠光體耐熱鋼應(yīng)盡量不用作設(shè)計溫度小于等于350C的耐熱用鋼。在必須使用珠光體耐熱鋼作耐熱或抗氫用途時，應(yīng)盡量減少、合并鋼材的品種、規(guī)格；（6）碳素鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強的常壓、低壓容器，壁厚不大的中壓容器，鍛件、承壓鋼管、非受壓元件以及其它由剛性或結(jié)構(gòu)因素決定壁厚的場合；（7）低合金高強度鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強、壁厚較大（>8mm）的受壓容器；（8）珠光體耐熱鋼用作抗高溫氫或硫化氫腐蝕，或設(shè)計溫度350650c的壓力容器用耐熱鋼；（9）不銹鋼用于介質(zhì)腐蝕性較高（電化學(xué)腐蝕、

3、化學(xué)腐蝕）、防鐵離子污染或設(shè)計溫度大于500c或設(shè)計溫度小于-100C的耐熱或低溫用鋼；（10）不含穩(wěn)定化學(xué)元素且含碳量大于0.03%的奧氏體不銹鋼需經(jīng)焊接或400c以上熱加工時，不應(yīng)使用于可能引起不銹鋼晶間腐蝕的環(huán)境。2-2碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼Q235鋼號A級、B級、C級三個等級的區(qū)別是什么？答：它們的主要區(qū)別為沖擊試驗溫度不同：Q235A級不做沖擊試驗；Q235B級做常溫20CV型沖擊試驗；Q235C級做0cV型沖擊試驗。2-3碳對鋼的焊接性能有何影響？其他合金元素又有何影響？答：鋼材焊接時，焊縫熱影響區(qū)被加熱到Ac3以上，快速冷卻后會被淬硬。鋼材含碳量愈高，熱影響區(qū)的硬化與脆化傾向愈大，在焊接應(yīng)

4、力作用下容易產(chǎn)生裂紋。鋼的化學(xué)成分對鋼淬硬性的影響通常折算成碳當量，用CE表示。一般認為鋼可焊性好壞的臨界碳當量為0.45%o國際焊接協(xié)會推薦的碳素鋼和低合金鋼常用碳當量計算公式為：焊接時，焊縫區(qū)域由于高溫作用會引起晶粒長大，從而增加焊后開裂的傾向；鋼中加入細化晶粒和阻礙晶粒長大的元素，如Mo、Ti、V,且以A1脫氧時，有利于改善焊接性能，而C、Ni、Mn則會增加開裂的危險。2-4碳素鋼沸騰鋼板Q235-A*F的適用范圍是什么？答：容器設(shè)計壓力p<0.6MPa；鋼板使用溫度為0250C;用于殼體時，鋼板厚度不大于12mm;不得用于易燃介質(zhì)以及毒性程度為中度、高度或極度危害介質(zhì)的液化氣運輸

5、車；不得用于制造直接受火焰加熱的壓力容器。2-5碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板Q235-A、B、C的適用范圍是什么？答：它們的適用范圍是：a）Q235-A鋼板：容器設(shè)計壓力p<1.0MPa；鋼板使用溫度為0350C;用于殼體時，鋼板厚度不大于16mm;不得用于液化石油氣介質(zhì)以及毒性程度為高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器；不得用于制造直接受火焰加熱的壓力容器。b）Q235-B鋼板：容器設(shè)計壓力p<1.6MPa；鋼板使用溫度為0350C;用于殼體時，鋼板厚度不大于20mm；不得用于毒性程度為高度或極度危害介質(zhì)的半掛式液化氣運輸車。c）Q235-C鋼板：容器設(shè)計壓力p<2.5MPa；鋼板使用溫度為04

6、00C；用于殼體時，鋼板厚度不大于30mm。2-6碳素鋼和碳鎰鋼在高于425c溫度下長期使用時，應(yīng)注意什么問題？為什么？答：GB150-1998規(guī)定，碳素鋼和碳鎰鋼在高于425c溫度下長期使用時，應(yīng)考慮鋼中碳化物相的石墨化傾向。因為碳素鋼和碳鎰鋼在上述情況下，鋼中的滲碳體會產(chǎn)生分解，F(xiàn)e383Fe+C（石墨），而這一分解及石墨化最終會使鋼中的珠光體部分或全部消失，使材料的強度及塑性均下降，而沖擊值下降尤甚，鋼材明顯變脆，美國ASME規(guī)范對此也有同樣規(guī)定。2-7奧氏體鋼的使用溫度高于525c時，應(yīng)注意什么問題？為什么？答：GB150-1998規(guī)定，奧氏體鋼的使用溫度高于525c時，鋼中含碳量應(yīng)不

7、小于0.04%。這是因為奧氏體鋼在使用溫度高于500550c時，若含碳量太低，強度及抗氧化性會顯著下降。因此，一般規(guī)定超低碳（CX0.03%）奧氏體不銹鋼的使用范圍，18-9型材料用到400c左右，18-12-2型材料用到450c左右，使用溫度超過650c時，國外對于304、316型材料一般要求用H級，即含碳量要稍高一些（C=0.040.1%）,主要也是考慮耐蝕，而且耐熱及有熱強性。2-8不銹鋼復(fù)合鋼板的使用范圍如何確定？答：不銹鋼復(fù)合鋼板的使用范圍應(yīng)同時符合基材和復(fù)材使用范圍的規(guī)定。2-9何種碳素鋼和低合金鋼鋼板，應(yīng)在正火狀態(tài)下使用？為什么？答：用于殼體厚度大于30mm的20R和16MnR、

8、用于其它受壓元件（法蘭、管板、平蓋等）的厚度大于50mm的20R和16MnR以及厚度大于16mm的15MnVR應(yīng)在正火狀態(tài)下使用。這主要是考慮國內(nèi)軋制設(shè)備條件限制，較厚板軋制比小，鋼板內(nèi)部致密度及中心組織質(zhì)量稍差；另外對鋼板正火處理可細化晶粒及改善組織，使鋼板有較好的韌性、塑性以及較好的綜合機械性能。2-10調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨和用于多層包扎容器內(nèi)筒的碳素鋼和低合金鋼鋼板為何應(yīng)逐張進行拉伸試驗和夏比（V型缺口）沖擊（常溫或低溫）試驗？答：低合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，屈服點大大提高了，但沖擊韌性不夠穩(wěn)定，為了正確判斷綜合力學(xué)性能，所以要逐張進行拉伸和沖擊試驗來驗證。多層包扎容器內(nèi)筒是一種承受高壓力的設(shè)備內(nèi)筒，

9、其設(shè)計壓力為10100MPa;同時高壓容器往往還需要承受較高的溫度和各種介質(zhì)的腐蝕，操作條件苛刻，故高壓容器的材料驗收、制造檢驗要求都比較高，這樣才能保證高壓容器的安全使用。2-11使用溫度小于0c時，用于殼體的厚度大于25mm的20R,厚度大于38mm的16MnR、15MnVR、15MnVNR及任何厚度的18MnMoNbR、13MnNiMoNbR鋼板為何要以批進行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗？試樣為何橫向取樣？低溫沖擊功的指標是多少？答：因為厚度達到一定限度的20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR及任何厚度的18MnMoNbR、13MnNiMoNbR鋼板，無延性轉(zhuǎn)變溫度可能就在-1

10、9.99C0c之間，非常危險，但又未按低溫材料對待，為避免這個問題，就要求在上述溫度區(qū)間進行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗以驗證能否滿足設(shè)計要求。由于澆鑄鋼錠時形成化學(xué)成份不均勻（金相上稱偏析）或含有雜質(zhì)，則在熱軋變形后不均勻部分和雜質(zhì)就順著金屬伸長方向延伸，形成所謂流線”或纖維狀組織（金相稱帶狀組織），這時金屬力學(xué)性能就表現(xiàn)出各向異性，即平行于流線方向（縱向）的力學(xué)性能要高于垂直于流線方向（橫向）的力學(xué)性能，尤其塑性和韌性更為突出，所以制造容器鋼板標準中取力學(xué)性能低的橫向作為沖擊值標準，以提高材料安全使用可靠性。低溫沖擊功的指標為：20R的AK918J;16MnR、15MnVR的AK920J;

11、15MnVNR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR的AKV>27J。2-12用于制造液化氣運輸車殼體的碳素鋼和低合金鋼鋼板，什么條件下應(yīng)逐張進行超聲檢測？其合格等級應(yīng)不低于JB4730規(guī)定中的幾級？答：符合下列條件之一的，應(yīng)逐張進行超聲檢測：1.盛裝介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害的壓力容器。2.盛裝介質(zhì)為液化石油氣且硫化氫含量大于100mg/L的壓力容器。3.最高工作壓力大于等于10MPa的壓力容器。4.GB150第4章和附錄C、GB151管殼式換熱器、GB12337鋼制球形液化氣儲罐及其他國家標準和行業(yè)標準中規(guī)定應(yīng)逐張進行超聲檢測的鋼板。5.移動式壓力容器。用于上述第1、第2、第

12、5款所述容器的鋼板的合格等級應(yīng)不低于JB4730規(guī)定中的II級；用于上述第3款所述容器的鋼板的合格等級應(yīng)不低于JB4730規(guī)定中的W級；用于上述第4款所述容器的鋼板的合格等級符合相應(yīng)標準的規(guī)定。2-13低合金鋼鋼板使用溫度等于或低于-20C時，其使用狀態(tài)及最低沖擊試驗溫度應(yīng)符合什么要求？答：低合金鋼鋼板使用溫度等于或低于-20C時，其使用狀態(tài)及最低沖擊試驗溫度按下表的規(guī)定：鋼號使用狀態(tài)厚度（mm）最低沖擊試驗溫度（C）熱軋62516MnR-20正火612007MnCrMoVR調(diào)質(zhì)1650-20636-4016MnDR正火>36100-3007MnNiCrMoVDR調(diào)質(zhì)1650-4015M

13、nNiDR正火，正火加回火660-4509Mn2VDR正火，正火加回火636-5009MnNiDR正火，正火加回火660-702-14什么是奧氏體不銹鋼的敏化范圍？答：奧氏體不銹鋼在427870c范圍內(nèi)緩慢冷卻時，在晶界上有高銘的碳化物Cr23C6析出，造成碳化物鄰近部分貧銘，引起晶間腐蝕傾向，這一溫度范圍稱為敏化范圍。2-15何謂固溶熱處理？它對奧氏體不銹鋼性能有何作用？答：將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到飽和固溶體的工藝稱固溶熱處理。通過固溶處理銘銀不銹鋼將高溫組織在室溫下固定下來獲得被碳過飽和的奧氏體，以改善銘銀不銹鋼的耐腐蝕性。此外，它還能提

14、高銘銀不銹鋼的塑性和韌性。2-16目前防止奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的措施大致有哪幾種？什么是可能引起晶間腐蝕的環(huán)境？答：大致有三種：固溶化處理；降低鋼中的含碳量；添加穩(wěn)定碳化物的元素?？赡芤鹁чg腐蝕的環(huán)境是指存在電解質(zhì)的電化學(xué)腐蝕環(huán)境?？赡芤饖W氏體不銹鋼晶間腐蝕的電解質(zhì)主要是酸性介質(zhì)，如工業(yè)醋酸、甲酸、銘酸、乳酸、硝酸（常溫稀硝酸除外）、草酸、磷酸、鹽酸、硫酸、亞硫酸、尿素反應(yīng)介質(zhì)等?；瘜W(xué)純醋酸、醇類、醛類、酮類、酚類、烷類、汽油等溶液及其氣相介質(zhì)對奧氏體不銹鋼不會產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，對接觸這些介質(zhì)的奧氏體不銹鋼設(shè)備，不必做晶間腐蝕傾向性試驗。止匕外，對于以防止鐵離子污染為目的的奧氏體不銹鋼設(shè)

15、備，也不需要進行晶間腐蝕傾向性試驗。2-17什么是應(yīng)力腐蝕破裂？奧氏體不銹鋼在哪些介質(zhì)中易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂？答：應(yīng)力腐蝕破裂是金屬在應(yīng)力（拉應(yīng)力）和腐蝕的共同作用下（并有一定的溫度條件）所引起的破裂。應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象較為復(fù)雜，當應(yīng)力不存在時，腐蝕甚微；當有應(yīng)力后，金屬會在腐蝕并不嚴重的情況下發(fā)生破裂，由于破裂是脆性的，沒有明顯預(yù)兆，容易造成災(zāi)難性事故?？僧a(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞的金屬材料與環(huán)境的組合主要有以下幾種：1.碳鋼及低合金鋼：介質(zhì)為堿液、硝酸鹽溶液、無水液氨、濕硫化氫、醋酸等；2.奧氏體不銹鋼：氯離子、氯化物+蒸汽、濕硫化氫、堿液等；3.含鋁奧氏體不銹鋼：堿液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸銅的水溶液等

16、；4.黃銅：氨氣及溶液、氯化鐵、濕二氧化硫等；5.鈦：含鹽酸的甲醇或乙醇、熔融氯化鈉等；6.鋁：濕硫化氫、含氫硫化氫、海水等。2-18奧氏體不銹鋼焊接接頭能否采用超聲波檢測？為什么？答：由于奧氏體不銹鋼中存在的雙晶晶界等顯著影響超聲波的衰減及傳播，因此目前超聲波檢測未能在這種不銹鋼中得到廣泛的采用。2-19用GB713-1997鍋爐用碳素鋼和低合金鋼鋼板中的20g鋼板可代用什么容器用鋼板？答：GB713-1997鍋爐用碳素鋼和低合金鋼鋼板中的20g鋼板可代用Q235-C鋼板。2-20碳素鋼和低合金鋼鋼管使用溫度低于或等于-20C時，其使用狀態(tài)及最低沖擊試驗溫度應(yīng)符合什么要求？答：碳素鋼和低合金

17、鋼鋼管使用溫度低于或等于-20C時，其使用狀態(tài)及最低沖擊溫度按下表的規(guī)定：鋼號使用狀態(tài)壁厚（mm）最低沖擊試驗溫度（C）10正火<16-3020G正火<16-2016Mn正火<20-4009MnD正火<16-50因尺寸限制無法制備5mme10mrW55mm小尺寸沖擊試樣的鋼管，免做沖擊試驗，各鋼號鋼管的最低使用溫度按GB150附錄C（標準的附錄）表C1的規(guī)定。2-21碳素鋼10號鋼無縫鋼管使用溫度Q20c時，應(yīng)選用哪個標準的鋼管？答：低溫用碳鋼無縫鋼管的材料一般為10號鋼，現(xiàn)在10號鋼無縫鋼管有3個標準：GB6479-2000化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管，在此標準中規(guī)定10號

18、鋼鋼管的供貨狀態(tài)是正火，并保證-20C時的沖擊值。經(jīng)供需雙方協(xié)議，10號鋼鋼管可做-30C夏比（V型缺口）沖擊試驗。GB8163-1999輸送流體用無縫鋼管，在此標準中規(guī)定10號鋼鋼管的供貨狀態(tài)是熱軋狀態(tài)或熱處理狀態(tài)交貨，無沖擊試驗要求。GB9948-88石油裂化用無縫鋼管，在此標準中規(guī)定10號鋼鋼管的供貨狀態(tài)是熱軋管終軋、冷拔管正火，無低溫沖擊試驗要求。因此10號鋼無縫鋼管用于020c的場合時，應(yīng)選用GB6479-2000化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管標準的鋼管，并應(yīng)提出正火狀態(tài)供貨及低溫沖擊試驗要求。2-22壓力容器用鋼鍛件分為幾級？其選用級別根據(jù)什么確定？答：半掛式液化氣運輸車用碳素鋼、低合金鋼

19、及不銹鋼鍛件分為I、u、W、IV四個級別，低溫壓力容器用低合金鋼鍛件分為U、W、IV三個級別。鍛件的選用級別由設(shè)計者根據(jù)其形狀、使用條件及尺寸、重量大小確定，并應(yīng)在圖樣上注明（在鋼號后附上級別符號，如16Mnn）o2-2316MnD鋼鍛件使用溫度等于或低于-20C時，其熱處理狀態(tài)及最低沖擊試驗溫度是什么？答：應(yīng)符合下表的規(guī)定：鋼號熱處理狀態(tài)公稱厚度（mm）最低沖擊試驗溫度（C）<200-4016MnD正火加回火，調(diào)質(zhì)>200300-302-24低溫用螺柱的鋼號及熱處理狀態(tài)、沖擊試驗要求是如何規(guī)定的？答：應(yīng)符合下表的規(guī)定：最低沖擊試驗溫AKV（J）鋼號熱處理狀態(tài)規(guī)格（mm）度（C）3

20、0CrMoA調(diào)質(zhì)<M56-100>27<M56-10035CrMoA調(diào)質(zhì)>27M60M80-70M52M80-7040CrNiMoA調(diào)質(zhì)>31M85M140-502-25液化石油氣儲罐受壓元件采用國外材料應(yīng)符合那些要求？答：1.應(yīng)選用國外壓力容器規(guī)范允許使用且已有使用實例的材料，其使用范圍應(yīng)符合材料生產(chǎn)國相應(yīng)規(guī)范和標準的規(guī)定，并有該材料的質(zhì)量證明書。2.制造單位首次使用前，應(yīng)進行焊接工藝評定和焊工考試，并對化學(xué)成分、力學(xué)性能進行復(fù)驗，滿足使用要求后，才能投料制造。3.技術(shù)要求一般不得低于國內(nèi)相應(yīng)材料的技術(shù)指標。4.國內(nèi)首次使用且標準中抗拉強度規(guī)定值下限大于等于540Mpa的材料，應(yīng)按容規(guī)第7條規(guī)定辦理批準手續(xù)。國內(nèi)材料生產(chǎn)單位生產(chǎn)國外牌號的材料時，應(yīng)完全按照該牌號的國外標準規(guī)定的冶煉方法進行生產(chǎn)，力學(xué)性能和彎曲性能試驗的試樣型式、尺寸、