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壓力容器所用的全部金屬材料要具有優(yōu)良的性能,包括材料的力學(xué)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(fā),常常會出現(xiàn)材料間的“優(yōu)”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。

材料代用中的“優(yōu)”與“劣”判斷從實(shí)際出發(fā),具體問題具體分析。

1） 壓力容器制作中,在強(qiáng)度、力學(xué)特征等機(jī)械能方面,其常用到的低合金鋼盡管明顯優(yōu)于碳素鋼,但其冷加工性能與可焊性都比不過碳素鋼。一般來說,強(qiáng)度級別高的,其冷加工性能與可焊性就較差,二者負(fù)相關(guān)。所以在進(jìn)行這方面的代用時,應(yīng)相應(yīng)調(diào)整焊接工藝,在熱處理時也可能會有相應(yīng)變化,應(yīng)給予充分重視。

2）材料代用時進(jìn)行細(xì)致、周全的考慮,否則壓力容器實(shí)際使用中可能會出現(xiàn)各種安全隱患。比如處于濕硫化氫環(huán)境下及存在應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險的設(shè)備中,容器對應(yīng)力腐蝕開裂地敏感性隨容器使用的鋼材的強(qiáng)度級別的提高而增大,二者正相關(guān)。此時若將20R和Q235和20R系列的鋼材用16MnR等低合金鋼待用就極易產(chǎn)生問題,因此,此類“以優(yōu)代劣”行徑在原則是行不通的,應(yīng)當(dāng)被禁止。鎮(zhèn)靜鋼在許多性能方面上,鎮(zhèn)靜鋼都比沸騰鋼要更占優(yōu)勢,但在搪玻璃容器制造時,鎮(zhèn)靜鋼的搪瓷效果反而不如沸騰鋼好。

3）一般來說, 不銹鋼的耐腐蝕性較出色但在含有氯離子的環(huán)境下,其耐腐蝕性卻不如低合金鋼和碳素鋼。

4）和普通不銹鋼相比,超低碳不銹鋼雖然具有價格優(yōu)勢和良好的耐腐蝕性,但前者的高溫?zé)釓?qiáng)性卻更為出色。一般情況下,為了提高耐腐蝕性,需降低炭含量,而為了提高高溫性,則要提高炭的含量。故而,此種情況下的“以優(yōu)代劣”,要尤其精確設(shè)計設(shè)備溫度,如有必要,應(yīng)當(dāng)重新計算。

“以厚代薄”常常使從平面應(yīng)力狀殼體的受力態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)變狀態(tài),這對容器受力狀態(tài)來說,是有百害而無一利的,通常情況下,厚壁容器比薄壁容器更容易產(chǎn)生三向拉應(yīng)力,進(jìn)而產(chǎn)生平面應(yīng)變脆性斷裂。

1）對原設(shè)計中封頭和筒體間等厚焊接的容器,若對容器殼體的個別部件進(jìn)以厚代薄,很容易增加殼體的幾何不連續(xù)情況,從而使封頭和簡體間的連接部位受到的局部應(yīng)力增加,此時,對于有應(yīng)力腐蝕傾向的容器來說,會造成很大的損害?？赡軙?dǎo)致疲勞裂紋,嚴(yán)重的可能造成疲勞斷裂。

2） 在厚板替代薄板時,常常導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變,例如,簡體與加厚的封頭連接時,通常需要對封頭進(jìn)行削邊處理。對以管道為主要簡體構(gòu)成的設(shè)備,若增加筒壁厚度,在封頭與簡體的連接部位也須對簡體側(cè)實(shí)施內(nèi)削邊處理。在厚度增加較大時,往往也關(guān)系到焊接工藝的變化。

3）容器殼體整體層面上的“以厚代薄”,雖然并不會造成簡體連接處和封頭的局部應(yīng)力增加,但不了避免地,仍會導(dǎo)致不良影響。(1)厚度增加后,原來的殼體設(shè)計中的探傷方式和焊接工藝也要進(jìn)行相應(yīng)的改變,增加難度;(2)殼體厚度的增加必然使容器的重量加大,當(dāng)容器重量增加過大時,必然會對容器的基礎(chǔ)和支座產(chǎn)生不利影響;(3)對殼體同時具有傳熱作用的容器,殼體厚度的增加肯定會影響其傳熱效果。

進(jìn)行材料代用時, 應(yīng)根據(jù)實(shí)際用材情況對焊接工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,一般調(diào)整原則為:用高級材料替代低級材料時,實(shí)驗和驗收仍可采用低級材料的標(biāo)準(zhǔn),不用提高標(biāo)準(zhǔn);不同材料的耐高溫性、韌度等性能不同時, 進(jìn)行最低水壓實(shí)驗時, 其相應(yīng)的溫度也可能發(fā)生改變,此時,要嚴(yán)格按 GB150 的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行;當(dāng)板厚增加超過 GB150所規(guī)定的冷卷厚度時,一定要對筒體進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理;鋼板的厚度達(dá)到一定水平時,還需要進(jìn)行超聲探傷,必要時,提高水試驗的壓力。

在材料的機(jī)械性能要求上,在考慮材料強(qiáng)度的同時,也應(yīng)考慮其韌性,在韌性滿足的條件下,則應(yīng)盡可能提高其強(qiáng)度。從這個角度上來說,在壓力容器材料選擇上要正確界定“優(yōu)”和“劣”,不要單純的從材料的厚度和強(qiáng)度來考慮,而要進(jìn)行綜合辨析和考慮。