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壓力容器材質及焊接材質選用方法
發布時2017-03-21 12:3325

壓力容器用材料要求

1受壓元件用剛才的使用要求

1.1選材的合理性是保證壓力容器設計質量的關鍵環節,壓力容器選擇受壓元件用鋼材時,必須選用GB150. 2-2011 中規范性引用文件的標準內的鋼材。當選用 GB150.2-2011 未列入的鋼材時,除奧氏體型鋼材外均應符合 GB150.2 附錄 A 的規定。允許采用已列入國家標準中的奧氏體型鋼材,但其技術要求(如磷、硫含量,強度指標)不應低于 GB150.2-2011 所列入相應鋼材標準中化學成分相近鋼號的規定。
1.2選擇壓力容器用鋼應考慮的因素有:壓力容器的使用條件(如設計壓力、設計溫度、介質特性和操作特點)、材料性能(力學性能、工藝性能、化學性能和物理性能)、容器的制造工藝以及經濟合理性。
1.3 壓力容器用材料的化學成分要符合 TSG R0004-2009  《固定式壓力容器安全技術監察規程》材料
1.4所需鋼板厚度小于8mm時,在碳素鋼和低合金之間盡量采用碳素鋼鋼板(多層容器材料除外),一般在以強度控制的情況下當殼體壁厚超過8mm時,應優先選用低合金鋼。
1.5當設計壓力較小時,殼體壁厚較小的壓力容器時,應根據壓力、溫度、介質等使用限制,按照GB150.2附錄D選用Q235系列。
1.6所需不銹鋼厚度大于12mm時,應盡量采用襯里、復合、堆焊等結構形式。
1.7與受壓元件相焊接的非受壓元件用鋼應是可焊性良好的鋼材。
1.8壓力容器專用鋼板執行以下4個標準:
    GB/T713-2008
    GB3531-2008
    GB19189-2003
    GB24511-2009
1.9材料代用,必須經過三級簽名(即設計、校核、審核人簽名),材料代用原則:
1.9.1由于設計以外的原因產生的材料代用,事先應征得原設計單位的同意。
1.9.2材料代用應考慮的主要因素:
a.無標準的鋼材不得作為受壓元件的代用材料;
b.代用材料的強度、塑性、韌性、化學成分、耐蝕性對原設計條件(溫度、壓力、介質、結構)的適應性;
c.代用材料對制造加工工藝的適應性(焊接工藝、焊接材料、焊后熱處理等);
d. 代用材料與原設計材料鋼材的標準差異(化學成分、檢驗項目、檢驗率);
e.兩種不同組織(鐵素體、奧氏體)鋼材代用引起的熱應力,異種鋼焊接問題。
f.代用鋼材的經濟性。
1.10鋼板的常用厚度規格:2、3、4、4.5、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、26、28、30、32、34、36、38、40、42、45、48、50、52、55、60、65、70mm
1.11其他未盡事宜參見GB150.2及其附錄。

 2     鋼板材料使用規定

2.1 Q235 系列鋼板:按照 GB150.2 附錄 D  的規定。
2.2 碳素鋼和碳錳鋼在高于 425℃下常期使用時,應考慮鋼中碳化物相石墨化傾向,其結果會使材料的強度及塑性均下降,沖擊值下降尤其嚴重,鋼材明顯變脆。
2.3 壓力容器用碳素鋼和低合金鋼的使用狀態及許用應力規定見 GB150.2 中表 2 的規定;
2.4 下列碳素鋼和低合金鋼鋼板,應在正火狀態下使用:
a) 用于多層容器內筒的Q245R和Q345R;
b) 用于殼體的厚度大于36mm的Q245R和Q345R;
c) 用于其他受壓元件(法蘭、管板、平蓋等)的厚度大于50mm 的  Q245R  和Q345R。
2.5 奧氏體鋼的使用溫度高于 525℃時,鋼中含碳量應不小于 0.04%,因在此溫度下會造成材料的強度急劇下降。
2.6 高合金鋼板的標準、厚度范圍及許用應力按《固容規》(2010 修正版)附件 1 中表 4的規定。
2.7用于設計溫度高于200℃的Q370R鋼板,以及用于設計溫度高于300℃的18MnMoNbR、13MnNiMoR和12Cr2Mo1VR鋼板,應在設計文件中要求鋼板按批進行設計溫度下的高溫拉伸試驗,其屈服強度值參見GB150.2附錄B。
2.8受壓元件用鋼板,其使用溫度下限按GB150.2中表4的規定,表4中Q245R 和Q345R鋼板的使用狀態還應符合GB150.2中第4.1.4的規定。對厚度大于100mm的殼體用鋼板及其焊接接頭,按照GB150.2中第4.1.11的規定。
2.9高合金鋼鋼板的標準、厚度范圍及許用應力按GB150.2中表5的規定。
2.10受壓元件用鋼板的標準,使用溫度下限按下列規定:

  1. 鐵素體型鋼板為0℃;
  2. 奧氏體-鐵素體型鋼板為-20℃;
  3. 奧氏體型鋼板按GB150.2中第3.7.2條的規定。
2.11復合鋼板應符合TSG R0004-2009第2章材料部分“2.8復合鋼板”的規定;壓力容器用復合鋼板應當按照NB/T 47002.1~4-2009《壓力容器用爆炸焊接復合板》的規定選用,并且符合以下要求;
(1)復合鋼板復合界面的結合剪切強度,不銹鋼—鋼復合板不小于210MPa,鎳—鋼復合板不小于210 MPa,鈦-鋼復合板不小于140 MPa,銅—鋼復合板不小于100 MPa。
(2) 復合鋼板基層材料的使用狀態符合有關引用標準的規定。
(3) 碳素鋼和低合金鋼基層材料(包括鋼板和鋼鍛件)按照基層材料標準的規定進行沖擊試驗,沖擊功合格指標符合基層材料標準或者訂貨合同的規定。
(4) 復合鋼板執行標準:NB/T 47002.1~4-2009《壓力容器用爆炸焊接復合板》;其材料的沖擊值指標應符合標準要求。
(5) 其他未盡事宜參見 GB150.2  。

3     鋼管

3.1   碳素鋼和低合金鋼鋼管的標準、使用狀態及許用應力按  GB150.2 中表6 的規定。對壁厚大于30mm 的鋼管和使用溫度低于-20℃的鋼管,表中的正火不允許用終軋溫度符合正火溫度的熱軋來代替。
3.2 GB/T 8163 中 10、20 鋼和 Q345D 鋼管的使用執行GB150.2 中 5.1.3 條的規定。
3.3 GB 9948中各鋼號鋼管的使用執行 GB150.2 中 5.1. 4 條的規定。
3.4 GB 6479 中各鋼號鋼管的使用執行 GB150.2 中 5.1. 5 條的規定。
3.5 GB 5310 中的 12Cr1MoVG 鋼管用作換熱管時,應選用冷拔或冷軋鋼管。
3.6 可以選用 GB/T 699中直徑不大于 50mm 的10鋼和20鋼鋼棒制造接管,其使用執行 GB150.2。
3.7 GB/T14976中的鋼管不得用于換熱管。
3.8 GB/T21833中的鋼管如用于換熱管時,應選用冷拔或冷壓鋼管,鋼管的尺寸精度應選用高級精度。
3.9 GB/T12771中的Ⅰ類鋼管允許使用,但不得用于換熱管,圖樣上應注明所用的鋼管類別。
3.10 GB/T24593中的鋼管使用規定GB150.2中5.2.5條的規定。
3.11鋼管的使用溫度下限應按下列規定:
a)GB/T21832和GB/T21833各鋼號鋼管為-20℃;
b)GB 13296、GB/T14976、GB/T12771和GB/T24593各鋼號鋼管GB150.2中3.7.2的規定。
3.12其他未盡事宜參見GB150.2.

4. 鋼鍛件

4.1壓力容器用鋼鍛件的標準和常用鋼鍛件為:
NB/T47008-2010《承壓設備用碳素鋼和低合金鋼鍛件》中的20、35和16Mn
NB/T47009-2010《低溫承壓設備用低合金鋼鍛件》中的16MnD
NB/T47010-2010《承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》中的S30408、S30403和S32168.
4.2碳素鋼和低合金鋼鋼鍛件
4.2.1壓力容器采用鍛件可根據其尺寸、重量分為中小型鍛件和大型鍛件,鋼鍛件的標準、使用狀態及需用應力按GB150.2中表9的規定,碳素鋼和低合金鋼鋼鍛件的交貨狀態應分別符合NB/T47008、NB/T47009的規定。
4.2.2壓力容器用鍛件級別的選用應按 GB150.2 標準中 6.1 規定執行,下列鋼鍛件應選用Ⅲ級或Ⅳ級:
a)用作容器筒體和封頭的筒形、環形、碗形鍛件;
b)公稱厚度大于  300mm  的低合金鋼鍛件;
c) 標準抗拉強度下限值等于或大于 540MPa且公稱厚度大于 200mm  的低合金鋼鍛件;
d)使用溫度低于-20℃且公稱厚度大于200mm的低溫用鋼鍛件。
4.2.3  鋼鍛件的使用溫度下限按 GB150.2 中表 10 的規定。
4.3  高合金鋼鋼鍛件
4.3.1 高合金鋼鋼鍛件的標準、公稱厚度范圍及許用應力按 GB150.2 中表 11的規定,鋼鍛件的交貨狀態應按 NB/T 47010 的規定。
4.3.2  高合金鋼鋼鍛件均應由經爐外精煉的鋼鍛制而成。其級別由設計文件規定,并應在圖樣上注明(在鋼號后附上級別符號,如  S30408Ⅱ)。用作容器筒體和封頭的筒形、環形、碗形鍛件應選用Ⅲ級或Ⅳ級。
4.3.3  高合金鋼鋼鍛件的使用溫度下限應按下列規定:
a)鐵素體型S11306鋼鍛件為0℃;
b)奧氏體—鐵素體型S21593、S22253和S22053鋼鍛件為-20℃;
c)奧氏體型鋼鍛件按GB150.2中3.7.2的規定。
4.4 壓力容器用鋼鍛件使用條件
a. Ⅰ級鍛件適用于一般用途的(無毒,非易燃介質)低壓容器(且鍛件重量≤500Kg)和非受壓元件;
b. Ⅱ級鍛件適用于一般用途的中壓容器(Dg≤200mm者)和要求較高的低壓容器;
c. Ⅲ級鍛件適用于要求較高或尺寸較大的中壓容器和Dg≤500mm或鍛件毛重≤500Kg的高壓容器;
4.5其余未盡事宜參見GB150.2中第6節“鋼鍛件”的規定。

5 螺柱(含螺栓)和螺母用鋼材

5.1螺栓受壓零部件用緊固件材料應符合GB/T699、GB/T3077、GB/T1221標準規定。
5.2碳素鋼和低合金鋼鋼棒的使用狀態下及許用應力按照GB150.2中表12的規定。
5.3碳素鋼和低合金鋼螺柱的使用溫度下限及相關技術要求應按下列規定:

  1. 20鋼螺柱為-20℃;35、40MnB、40MnVB和40Cr鋼螺柱為0℃;其他鋼號螺柱為-20℃。
  2. 30CrMoA、35CrMoA和40CrNiMoA鋼螺柱使用溫度低于-20℃時,應進行使用溫度,低溫下的低溫沖擊試驗,此時GB150.2中表13中的沖擊試驗溫度有0℃改為使用溫度,低溫沖擊功指按GB150.2表14的規定。
  3. 使用溫度低于-40℃~-70℃的30CrMoA和35CrMoA螺柱用鋼,其化學成分(熔煉分析)中磷、硫含量應為P≤0.020%、S≤0.010%;40CrNiMoA螺柱用鋼和使用溫度低于-70℃~-100℃的30CrMoA  螺柱用鋼,其化學成分(熔煉分析)中磷、硫含量應為  P≤0.015%、S≤0.008%。
5.4 高合金鋼鋼棒的標準,螺柱的使用狀態及許用應力按 GB150.2 中表 16 的規定;各鋼號螺柱用毛坯應進行拉伸試驗,試驗要求和結果應符合 GB/T 1220 的規定。
5.5高合金鋼螺柱的使用溫度下限按下列規定:
a)S42020 鋼螺柱為0℃;
b)奧氏體鋼螺柱的使用溫度按 GB150.2 中 3.7.2 的規定。
c)與螺柱用鋼組合使用的螺母用鋼可按 GB150.2 中表 17選取,也可選用有使用經驗的其他螺母用鋼。

6  焊接材料

6.1焊接材料選用執行標準
壓力容器焊接材料選用是根據母材的化學成分、力學性能、焊接性能,并結合壓力容器的結構特點及焊接方法綜合考慮選用焊接材料,必要時通過試驗確定。焊接材料的采購和技術條件按照NB/T 47018.1~47018.7-2011《承壓設備用焊接材料訂貨技術條件》的規定。
6.2 各類鋼材的焊接材料選用原則
6.2.1碳素鋼相同鋼號相焊
     選用焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規定的限值,或符合設計文件規定的技術條件。
6.2.2強度型低合金鋼鋼號相焊選用材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規定的限值,或符合設計文件規定的技術條件。
6.2.3耐熱型低合金鋼相同鋼號相焊

  1. 選用焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或母材規定的限值,或符合 設計文件規定的技術條件;
  2. 焊縫金屬中的Cr、Mo含量與母材規定相當,或符合設計文件規定的技術條件;
6.2.4低溫型低合金鋼相同號相焊
選用焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規定的限值,或符合設計文件的而技術條件。
6.2.5高合金鋼相同鋼號相焊
選用焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規定的限值。當需要時,其耐腐蝕性能不應低于母材相應要求,或力學性能和耐腐蝕性能符合  設計文件規定的技術條件。
6.2.6用生成奧氏體焊縫金屬的焊接材料焊接非奧氏體母材時,應慎重考慮母材與焊接金屬膨脹系數不同而產生的應力作用。
6.2.7不同鋼號鋼材相焊
a)不同強度等級鋼號的碳素鋼、低合金鋼鋼材之間相焊,選用焊接材料應保證焊縫金屬的抗拉強度高于或等于強度較低一側母材抗拉強度下限值,且不超過強度較高一側母材標準規定的上限值;
b)奧氏體高合金鋼與碳素鋼、低合金鋼之間相焊,選用焊接材料應保證焊縫金屬的抗裂性能和力學性能。當設計溫度不超過 370℃時,采用鉻、鎳含量可保證焊縫金屬為奧氏體的不銹鋼焊接材料;當設計溫度高于 370℃時,宜采用鎳基焊接材料。
6.2.8不銹鋼復合鋼基層相焊,
選用焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規定的限值;覆層鋼材選用焊接材料應保證焊縫金屬的耐腐蝕性能,當有力學性能要求時,還應保證力學性能。

7  法蘭及緊固件

7.1 壓力容器法蘭、配套墊片、螺栓的選用應符合標準 JB4700~4707-2000《壓力容器法蘭》的有關規定要求。
7.2 鋼制管法蘭、墊片、螺栓的選用應符合標準 HG/T20592~20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、螺栓》的有關規定的要求。

  1. 鋼制人孔、手孔的選用應符合標準 HG/T21514~21535《鋼制人孔和手孔》的有關規定的要求。
7.4法蘭選用鍛件時應注明級別(如16MnⅡ) 。
7.5壓力容器不允許選用強度為4.8級的緊固件,一般選用的螺母材料強度比螺柱強度低一級。

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