壓力容器所需材料?一、總則壓力容器用材料受供應及材料品種、規格方面的限制，壓力容器設計人員經常會碰到壓力容器制造單位提出的"材料代用"申請，接下來我們就來聊聊關于壓力容器所需材料?以下内容大家不妨參考一二希望能幫到您!

壓力容器所需材料

一、總則

壓力容器用材料受供應及材料品種、規格方面的限制，壓力容器設計人員經常會碰到壓力容器制造單位提出的"材料代用"申請。

TSG 21-2016明确指出"壓力容器制造、改造、修理單位對受壓元件的材料代用，應當事先取得原設計單位的書面批準，并且在竣工圖上做詳細記錄。

"材料代用利于壓力容器制造的順利進行，不會因為少量材料的采購問題影響工期，也有利于消化制造廠的庫存，但材料代用涉及強度、溫度、腐蝕、制造、試驗等問題，工藝人員或設計人員應加強材料代用管理，對材料代用的審批慎之又慎，要考慮到所有相關失效模式。

法規标準中材料代用的規定:

1、TSG 21-2016中第2.1.5條規定："壓力容器制造、改造、修理單位對受壓元件的材料代用，應當事先取得原設計單位的書面批準，并且在竣工圖上做詳細記錄。"

2、GB/T150.2-2011中第3.14條規定："壓力容器制造或現場組焊單位對受壓元件用鋼材的代作，應事先取得原設計單位的書面批準，并在竣工圖上做詳細記錄。"

3、GB/T150.4-2011中第4.3條規定，"制造單位對原設計的修改以及對受壓元件用鋼材的代作，應事先取得原設計單位的書面批準，并在竣工圖上做詳細記錄。"

可見，GB/T150-2011和TSG 21-2016對材料代用的要求是基本一緻。

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二、材料代用的一般原則1、合規性原則

材料代用需要符合相應的安全技術規範和材料标準的要求。當設計文件有規定時，還應符合設計文件的要求。

2、安全性原則

材料代用不應造成壓力容器承受載荷（包括機械載荷和溫度載荷）能力的降低，也不應造成設備材料耐蝕能力的下降，或者帶來其他影響設備安全性能的缺陷。

3、符合性原則

材料代用需要符合設計者的基本意圖。不能因為代用而造成設備使用性能的降低或者影響設備附件的安裝；

也不能因為代用而造成設計基本原則的改變，或者造成較大的費用差異，從而帶來經濟上的糾紛。

三、以優代劣

壓力容器所用的全部金屬材料要具有優良的性能，包括材料的力學性能、耐腐蝕性、耐高溫性和制作工藝等。

每一種材料的性能都是固定不變的。從性能比較的角度出發，常常會出現材料間的"優"和"劣"的問題。

但每種壓力容器對材料性能的要求在不同情況下也是不一樣的。所以，材料代用中的"優"與"劣"的判斷應從實際出發，具體問題具體分析。

下面，基于工作實際和相關文獻，讨論幾種典型的"以優代劣"問題。

1、以低合金鋼代碳素鋼

壓力容器制作中，在強度、力學特征等機械性能方面，其常用到的低合金鋼盡管明顯優于碳素鋼，但其冷加工性能與可焊性都不優于碳素鋼。

一般來說，強度級别越高，其冷加工性能與可焊性就越差，二者成負相關關系。所以在進行這方面的代用時，應相應調整焊接工藝，在熱處理時也可能會有相應變化，應給予充分重視。

2、 介質與材料的相容性

材料以優代劣時，要注意介質與材料的相容性。壓力容器用碳素鋼雖然在強度性能方面沒有低合金鋼優良，但其抗SCC（應力腐蝕）能力一般随材料的強度級别的提高而降低。

舉個例子，對于液氨、濕硫化氫腐蝕環境，如果用Q345R等低合金鋼代替Q245R和Q235系列的碳素鋼材就更容易出現問題。

再舉個例子，在某些工況環境下奧氏體不鏽鋼耐腐蝕性能還不如碳素鋼，如含有氯離子介質的工況。

3、超低碳不鏽鋼代替普通不鏽鋼

超低碳不鏽鋼（如S30403）耐高溫性能不如普通的奧氏體不鏽鋼（如S30408）。

雖然前者的價格和耐腐蝕性優于後者，但在GB/T150.2-2011中第3.3.3條規定奧氏體不鏽鋼使用溫度高于525℃時，鋼中含碳量應不小于0.04%。

4、強度高的螺栓代替強度低的螺栓

當用強度高的螺栓材料代用強度低的螺栓材料時，法蘭厚度由預緊力決定，所以法蘭厚度可能不夠，滿足不了強度要求，應重新對法蘭進行計算。

5、同材質鍛件代替闆材

同種材質鍛件和闆材，鍛件的總體性能要比闆材好，但在相同條件下，鍛件的許用應力略低于闆材，若鍛件代用闆材，應考慮強度是否滿足要求，需重新計算。如：換熱器管闆。

6、對于膨脹節、爆破片和撓性管版這類零件，原則上不允許以優代劣，否則應按代用材料重新計算；對其厚度适當減薄，否則将有可能導緻這些元件及相鄰部位失效。

四、以厚代薄

在壓力容器制造時由于制造原因産生的需求，在沒有違背前文所述原則的前提下，我們可以選擇"以優代劣"。

而比起"以優代劣"的情況，"以厚代薄"顯得更加不合理。從殼體受力的應力分析上看，"以厚代薄"對容器受力有害無益，但現實壓力容器制造過程中确實存在，那麼在相同标準、相同牌号的材質"以厚代薄"中我們應注意以下問題：

1、結構不連續

當厚闆代薄闆時，往往要引起連接結構的變化，如加厚的封頭與筒體的連接，往往都必須對封頭進行外削邊處理。

對于用鋼管做筒體的設備，當筒體壁加厚時，筒體與封頭的連接處有時也必須對筒體側作内削邊處理。對于筒體與管闆及平蓋的對焊連接結構也同樣存在這些問題。

當厚度增加較多時，常常還涉及到焊接結構的變化，如接管與殼體焊縫及對接焊縫都有可能從原來的單V型改為X型坡口，相應的焊接工藝改變等。

2、增加檢測要求

設備受壓元件用材料以厚代薄，可以産生諸如材料供貨狀态、鋼闆超聲、制造過程中熱處理（包括恢複材料性能熱處理）及焊接試闆等要求。

3、許用應力下降

材料加厚，材料的許用應力有可能下降，從而引起設備強度不夠。

舉個例子，100℃時，Q245R闆材厚度16mm時的許用應力為147MPa，而Q245R闆材厚度18mm時許用應力降低為140MPa，由于許用應力的降低，厚度增加反而可能引起強度不夠。

這在封頭制造時尤應引起注意，因為在封頭下料時往往都要增加一定的毛坯厚度來保證沖壓後封頭的最小厚度，結果有可能導緻沖壓後的封頭強度不足。

因此，當處于這些臨界狀況下的厚代薄時，還必須對強度進行驗算。

4、補強圈不建議厚代薄

對于補強圈一般不建議厚代薄，如果加厚會造成補強圈與殼體焊接處的不連續應力集中更高，以緻引起焊趾部位開裂。

5、改變焊接和熱處理工藝

材料厚度的增加有可能改變焊接工藝，可能導緻原來不需要焊前預熱的設備，需要預熱；原來無需焊後熱處理的設備，需要進行焊後熱處理。

6、接管厚度的增加

接管厚度的增加有可能增加流體的流速，也有可能造成插入式附件的安裝（如雷達液位計、溫度計等）出現問題。換熱管厚度增加還有可能降低傳熱效果。

7、換熱器主要元件厚度增加

換熱器主要元件厚度增加會改變整個力系的受力狀态，因此必須重新對換熱器進行核算。

8、容器殼體壁厚的增加

容器殼體壁厚的增加，勢必增加容器的重量，将對容器的支座或基礎不利。

9、對于膨脹節、波紋管、撓性管版和薄管闆等元件，原則上不應以厚代薄。因為随着元件的加厚，其剛性相應增大，從而削弱了補償變形效果。

10、鞍座或支座底闆或蓋闆厚度增加

鞍座或支座底闆、鞍座鋼闆的厚度增加，如果不随着降低筋闆的高度，勢必造成設備管口位置的上移。

此時，筋闆的高度要降低，才能保證管口标高尺寸。

11、換熱器折流闆厚度增加

有時會有折流闆厚度增加的情況，此時，定距管要相應縮短，否則，拉杆長度有可能不夠長，螺母無法擰緊。

所以，折流闆厚度增加多少，定距管要縮短多少。

五、材料标準的更新1、GB713标準

GB/T150.2-2011發布時，引用的GB713闆材标準為2008版，目前GB713的最新版本已為GB/T713-2014，按GB/T150設計的壓力容器，應按新版标準選用闆材。

2、GB9948标準

GB/T150.2-2011發布時，引用的GB9948為2006版标準，其中的1Cr5Mo已經不在升版後的GB/T9948-2013中，對于原材料在GB/T9948-2013中有對應的材料應選用升版後的新材料标準，但不能用GB/T9948-2013中的12Cr5MoNT為GB9948-2006中的1Cr5Mo進行代用。

3、GB6479标準

由于GB/T150.2-2011對所引用的GB6479标準僅限于2000版，因此對按GB/T150進行設計的壓力容器，設計和制造原則上應采用按GB6479-2000供貨的鋼管。

如由于市場采購原因采用GB6479-2013鋼管用于壓力容器建造時，應保證各項性能指标及相關技術要求不應低于GB6479-2000的相關規定。

建造過程中應做好數據比對工作，材料采購技術文件的補充，以及驗收确認等質量控制工作，并按相關規定辦理材料低用手續。

六、低溫用鋼代常溫用鋼

當采用同等強度等級的低溫用鋼代用常溫用鋼時，應考慮設計溫度下的許用應力能否達到原設計的要求。

例如 ：某壓力容器設計溫度為 200 ℃時，用同等厚度的材料 16MnDR 代用 Q345R，因為材料 16MnDR 在 200 ℃時的許用應力 [σ]t =167 MPa，而 Q345R 在 200 ℃時的許用應力 [σ]t =183 MPa，這樣就會出現強度不足的問題。

七、奧氏體不鏽鋼互代

當奧氏體不鏽鋼材料互相代用時，也有可能出現強度不足的現象。

例如 ：某壓力容器設計溫度為 200 ℃時，用同等厚度的奧氏體不鏽鋼材料S30403代用S30408就可能出現問題， 因為材料S30403在200℃時的許用應力 [σ]t =110 MPa，S30408在200℃時的許用應力 [σ]t =130 MPa，必須增加殼體厚度才能滿足強度要求。

這時應當考慮重新進行設備設計，而不是通過簡單的材料代用來處理。

當奧氏體不鏽鋼材料互相代用時，還有可能出現與介質的相容性問題，如S31603雖然耐蝕等級高于S30403，但如果用在硝酸環境中時，反而更容易腐蝕。

此外，超低碳不鏽鋼的高溫使用界限要低于低碳不鏽鋼，這一點也是需要在材料代用時注意的。

八、外壓情況下的材料代用

如果在彈性失穩範圍内，失穩的臨界壓力和材料的屈服極限無關，僅與彈性模量和泊松比有關，與設備直徑、厚度、長度有關，在這個範圍内用高應力代低應力材料是沒作用的。

如果在非彈性失穩範圍内，失穩的臨界壓力與材料的屈服極限有關，則可以用高應力材料代用低應力材料。

九、小結

材料代用從本質上說，就是在不斷變更壓力容器的設計方案，隻要代用材料，都可能對數據進行重新計算，對設計方案重新規劃。

代用問題的出現對于壓力容器的制造不僅是技術的挑戰，還與容器的安全、經濟性有關。

因此材料代用在壓力容器制造中是一個相當重要的環節，工藝人員或設計人員必須做到考慮好各方面情況後再簽署意見。

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