压力容器用钢资料
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中国石油大学
②塑性 是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。塑性 指标主要有伸长率δ 、断面收缩率φ等。用塑性好的材料制 造容器，可以缓和局部应力的不良影响，有利于压力加工， 不易产生脆性断裂，对缺口、伤痕不敏感，并且在发生爆炸 时不易产生碎片。 ③韧性 是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。韧性常用冲击 功Ak和冲击韧性值ak表示。Ak或ak除反映材料的抗冲击性能 外，还对材料的缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏 观缺陷和显微组织方面的微小变化。而且Ak对材料的脆性转 化十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。 另外，表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性，它是 反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。
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①可焊性 是指金属在一定的焊接工艺下能否获得优良焊接 接头的性能。通常以金属在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接 接头区力学性能的变化作为评价可焊性的指标。钢材焊接性 能的好坏主要取决于它的化学组成，其中影响最大的是碳， 即其含碳量的多少决定其可焊性。其他合金元素大部分也不 利于焊接，但其影响程度一般都比碳小得多。所以常把钢中 含碳量的多少作为判别钢材可焊性的主要标志。一般含碳量 小于0.25％的碳钢和低合金钢都具有良好的可焊性。
②冷加工性能 材料成型的主要方法是滚卷与冲压。材料中 的夹渣、气孔等缺陷易在加工过程中形成裂纹或微裂纹。材 料的冷作硬化会降低塑性，且在受热时会出现结晶粗化，降 低强度。一般材料的残余变形超过3％时，需经退火处理。
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2. 影响材料性能的因素 影响材料性能的因素主要有冶炼方法、合金元素、制造 工艺、操作温度、介质的腐蚀性等。 ⑴冶炼方法 炼钢过程是把生铁中含有的大量有害杂质元素在氧化反 应作用下转变成氧化物进入炉气和炉渣中排除来生产较纯净 钢的过程，所以炼钢过程也是氧化过程。根据冶炼方法和使 用设备不同，可分平炉钢、转炉钢和电炉钢。按炼钢炉炉衬 不同，还可分为酸性钢和碱性钢。根据钢锭型式和脱氧情况， 又可分镇静钢、半镇静钢和沸腾钢。 目前，压力容器主要用碱性平炉钢和碱性电炉钢。由于 碱性炉熔炼去磷能力很好，因此厚钢板一般都采用这种方法 冶炼，使钢中磷含量降至最低。
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主要内容
1.1 压力容器用钢的选用 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2 压力容器用钢的使用范围
1.3 常用钢材焊接材料的选用
中国石油大学
1.1 压力容器用钢的选用
对容器设计者来说，充分了解各种钢材的性能及其影响 因素，掌握压力容器用钢的分类与一般要求是十分必要的。
1. 材料的性能 ⑴力学性能 在一定温度条件和外力作用下，材料抵抗变形和断裂的 能力称为材料的力学性能。压力容器用材料的常规力学性能 指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。 ①强度 是指材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。常用 的强度指标有屈服强度 σ s或σ 0.2和抗拉强度σ b，高温下工 作时，还要考虑蠕变极限σ n和持久强度σ D，材料的许用应 力都是根据这些数值决定的。
第一讲
压力容器用钢
Steel For Pressure Vessels
李国成
前
言
压力容器的用途极广，工作条件也千差万别，因此在设
计中正确地选材是一件复杂而又重要的工作。很多压力容器 事故的重要原因之一就是选材不当。例如，采用焊接性差的 钢材焊制压力容器时，易在焊接接头中产生裂缝；有些镍铬 不锈钢的容器，常因钢号或成分选用不当在使用中发生晶间 腐蚀、应力腐蚀等形式的破坏；选用铁素体钢制造低温容器 时，如钢的转变温度高于其工作温度，则会发生脆性破坏。 所以，在设计时正确地选用材料，是确保压力容器长周期安 全运行的重要环节之一。
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④硬度 是衡量材料软硬程度的指标。试验方法不同，测得 的硬度值和含义也不完全一样。最常用的是静负荷压入法硬 度试验，即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)、维 氏硬度(HV)，其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。 而肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性 变形功的大小。因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反 映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。 材料力学性能的各因素之间是相互联系又相互制约的。 有些材料强度虽高，但它的伸长率及冲击韧性却很低。因此， 选材时不能只看其单一的性能指标，而应对材料力学性能的 诸因素作全面分析。
材料的腐蚀速度在工程上常用 Ka(mm／a)来表示，材料 腐蚀速度在1mm／a以下的，可认为能用于化工容器。有关材 料的耐蚀性可在材料腐蚀和防腐手册中查得。
⑷制造工艺性能 材料的制造工艺性能包括可锻性、可焊性、切削加工性 及研磨、冲压性能、热处理性能等。对化工容器用钢来说， 焊接性能和压力加工性能就显得更为重要。
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另外，电炉操作时可以倾倒放渣，不断地调整炉渣量， 使易氧化的元素如铬和锰等具有较高的回收率，可以获得硫 化物和氧化物夹杂很低的高纯净钢。
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1.1 压力容器用钢的选用
对于压力容器设计者来说，充分了解各种钢材的性能(物 理性能、力学性能等)及影响材料性能的各种因素，掌握压力 容器用钢的分类与一般要求是十分必要的。
1. 压力容器用钢的分类 碳素钢（C≤0.25％） 容 器 用 钢 分 类 低合金钢
低温压力容器用钢
不锈钢和调质钢 不锈钢和调质钢
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在选择压力容器用钢时，必须根据容器的工作条件（如壁温、 压力、介质腐蚀性、介质对材料的脆化作用及是否易燃、易 爆、有毒等）选择具有合适力学性能、物理性能和耐腐蚀性 能的材料，所选用的材料还必须考虑加工工艺的影响（可焊 性等），并考虑其经济合理性及来源等情况。
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⑵物理性能 在容器设计中，应注意材料的物理性能。例如，在计算 温差应力时，就要用到材料的线胀系数α；在设计换热器及 计算容器外壳热损失时，还要用到材料的热导率λ等。因此 不同的场合，对材料物理性能有不同的要求。常用钢材的物 理性能见表1-1。
表1-1 常用钢材的物理性能
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⑶耐腐蚀性能 化工厂中常处理有腐蚀性的介质，故设计化工容器时， 在很多场合下，耐腐蚀性对材料的选择起决定性的作用。材 料的耐蚀程度会影响设备使用寿命。因此，考虑材料的耐蚀 性是化工容器材料选择中的一个重要问题。
②塑性 是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。塑性 指标主要有伸长率δ 、断面收缩率φ等。用塑性好的材料制 造容器，可以缓和局部应力的不良影响，有利于压力加工， 不易产生脆性断裂，对缺口、伤痕不敏感，并且在发生爆炸 时不易产生碎片。 ③韧性 是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。韧性常用冲击 功Ak和冲击韧性值ak表示。Ak或ak除反映材料的抗冲击性能 外，还对材料的缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏 观缺陷和显微组织方面的微小变化。而且Ak对材料的脆性转 化十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。 另外，表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性，它是 反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。
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①可焊性 是指金属在一定的焊接工艺下能否获得优良焊接 接头的性能。通常以金属在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接 接头区力学性能的变化作为评价可焊性的指标。钢材焊接性 能的好坏主要取决于它的化学组成，其中影响最大的是碳， 即其含碳量的多少决定其可焊性。其他合金元素大部分也不 利于焊接，但其影响程度一般都比碳小得多。所以常把钢中 含碳量的多少作为判别钢材可焊性的主要标志。一般含碳量 小于0.25％的碳钢和低合金钢都具有良好的可焊性。
②冷加工性能 材料成型的主要方法是滚卷与冲压。材料中 的夹渣、气孔等缺陷易在加工过程中形成裂纹或微裂纹。材 料的冷作硬化会降低塑性，且在受热时会出现结晶粗化，降 低强度。一般材料的残余变形超过3％时，需经退火处理。
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2. 影响材料性能的因素 影响材料性能的因素主要有冶炼方法、合金元素、制造 工艺、操作温度、介质的腐蚀性等。 ⑴冶炼方法 炼钢过程是把生铁中含有的大量有害杂质元素在氧化反 应作用下转变成氧化物进入炉气和炉渣中排除来生产较纯净 钢的过程，所以炼钢过程也是氧化过程。根据冶炼方法和使 用设备不同，可分平炉钢、转炉钢和电炉钢。按炼钢炉炉衬 不同，还可分为酸性钢和碱性钢。根据钢锭型式和脱氧情况， 又可分镇静钢、半镇静钢和沸腾钢。 目前，压力容器主要用碱性平炉钢和碱性电炉钢。由于 碱性炉熔炼去磷能力很好，因此厚钢板一般都采用这种方法 冶炼，使钢中磷含量降至最低。
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主要内容
1.1 压力容器用钢的选用 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2 压力容器用钢的使用范围
1.3 常用钢材焊接材料的选用
中国石油大学
1.1 压力容器用钢的选用
对容器设计者来说，充分了解各种钢材的性能及其影响 因素，掌握压力容器用钢的分类与一般要求是十分必要的。
1. 材料的性能 ⑴力学性能 在一定温度条件和外力作用下，材料抵抗变形和断裂的 能力称为材料的力学性能。压力容器用材料的常规力学性能 指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。 ①强度 是指材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。常用 的强度指标有屈服强度 σ s或σ 0.2和抗拉强度σ b，高温下工 作时，还要考虑蠕变极限σ n和持久强度σ D，材料的许用应 力都是根据这些数值决定的。
第一讲
压力容器用钢
Steel For Pressure Vessels
李国成
前
言
压力容器的用途极广，工作条件也千差万别，因此在设
计中正确地选材是一件复杂而又重要的工作。很多压力容器 事故的重要原因之一就是选材不当。例如，采用焊接性差的 钢材焊制压力容器时，易在焊接接头中产生裂缝；有些镍铬 不锈钢的容器，常因钢号或成分选用不当在使用中发生晶间 腐蚀、应力腐蚀等形式的破坏；选用铁素体钢制造低温容器 时，如钢的转变温度高于其工作温度，则会发生脆性破坏。 所以，在设计时正确地选用材料，是确保压力容器长周期安 全运行的重要环节之一。
中国石油大学
④硬度 是衡量材料软硬程度的指标。试验方法不同，测得 的硬度值和含义也不完全一样。最常用的是静负荷压入法硬 度试验，即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)、维 氏硬度(HV)，其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。 而肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性 变形功的大小。因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反 映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。 材料力学性能的各因素之间是相互联系又相互制约的。 有些材料强度虽高，但它的伸长率及冲击韧性却很低。因此， 选材时不能只看其单一的性能指标，而应对材料力学性能的 诸因素作全面分析。
材料的腐蚀速度在工程上常用 Ka(mm／a)来表示，材料 腐蚀速度在1mm／a以下的，可认为能用于化工容器。有关材 料的耐蚀性可在材料腐蚀和防腐手册中查得。
⑷制造工艺性能 材料的制造工艺性能包括可锻性、可焊性、切削加工性 及研磨、冲压性能、热处理性能等。对化工容器用钢来说， 焊接性能和压力加工性能就显得更为重要。
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另外，电炉操作时可以倾倒放渣，不断地调整炉渣量， 使易氧化的元素如铬和锰等具有较高的回收率，可以获得硫 化物和氧化物夹杂很低的高纯净钢。
中国石油大学
1.1 压力容器用钢的选用
对于压力容器设计者来说，充分了解各种钢材的性能(物 理性能、力学性能等)及影响材料性能的各种因素，掌握压力 容器用钢的分类与一般要求是十分必要的。
1. 压力容器用钢的分类 碳素钢（C≤0.25％） 容 器 用 钢 分 类 低合金钢
低温压力容器用钢
不锈钢和调质钢 不锈钢和调质钢
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在选择压力容器用钢时，必须根据容器的工作条件（如壁温、 压力、介质腐蚀性、介质对材料的脆化作用及是否易燃、易 爆、有毒等）选择具有合适力学性能、物理性能和耐腐蚀性 能的材料，所选用的材料还必须考虑加工工艺的影响（可焊 性等），并考虑其经济合理性及来源等情况。
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⑵物理性能 在容器设计中，应注意材料的物理性能。例如，在计算 温差应力时，就要用到材料的线胀系数α；在设计换热器及 计算容器外壳热损失时，还要用到材料的热导率λ等。因此 不同的场合，对材料物理性能有不同的要求。常用钢材的物 理性能见表1-1。
表1-1 常用钢材的物理性能
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⑶耐腐蚀性能 化工厂中常处理有腐蚀性的介质，故设计化工容器时， 在很多场合下，耐腐蚀性对材料的选择起决定性的作用。材 料的耐蚀程度会影响设备使用寿命。因此，考虑材料的耐蚀 性是化工容器材料选择中的一个重要问题。