压力容器材料

A. 压力容器常用钢材
一、钢材形状
主要是板、管材和锻件(按钢材供应形式)
（1）钢板
主要用途：壳体、封头、板状构件等；
加工要求：下料、卷板、焊接、热处理；
性能要求：较高的强度、良好的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能；
（2）钢管
主要用途：接管、换热管等；
主要来源：无缝钢管、卷制；
加工要求：下料、焊接、热处理；
性能要求：较高的强度、良好的塑性、韧性、焊接性能；
（3）锻件
主要用途：高压容器的平盖、端部法兰与接管法兰等
分级：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。
级别越高， 要求检验项目越多，越严格，价格越高。
二、钢材类型
1、按冶金方法分类：
①按炉别：平炉钢、转炉钢、电炉钢；
②按脱氧程度：沸腾钢（如Q235-A·F）、镇静钢（如Q235-A）半镇静钢；
2、按用途分类：结构钢、工具钢、特殊性能钢、专用钢；
3、按品质分类：普通钢（如Q235-A）、优质钢（如20,20R）；
4、按化学成分分类：
①碳素钢：工业纯铁、低碳钢C≤0.25%、中碳钢0.25%＜C≤0.6%、高碳钢C＞0.6%；
②低合金钢含合金总量≤3%
③高合金钢：高碳C＞0.08%、低碳C≤0.08%、超低碳C≤0.03%、超纯C≤0.01%；
碳素钢：含碳量小于2.06％的铁碳合金。含少量的硫、磷、硅、氧、氮等元素。

20R的特点：强度低，塑性和可焊性较好,价格低廉。
20R的应用场合：常用于常压或中、低压容器，也做垫板、支座等零部件材料。
20R和20的区别：20R是在20钢基础上发展起来的,是容器专用钢,对s、p等有害元素控制更加严格，对钢材的表面质量和内部缺陷的要求也更高。
（二）低合金钢
1、特点及优点：
是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超过3%），具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。
采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。
2、压力容器常用低合金钢：
①钢板16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR;
②钢管16Mn、09MnD; （D表示低温用钢）
③锻件16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、2.25Cr-1Mo。
3、应用介绍
a. 16MnR
屈服点为340MPa级的压力容器专用钢板，是我国压力容器行业使用量最大的钢板，具有良好的综合力学性能、制造工艺性能，主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器。
b. 16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR
低温压力容器用钢，工作在-20℃及更低温度的压力容器专用钢板
16MnDR：可用于- 40 ℃的钢种。用于制造液液氨储罐等设备
15MnNiDR：提高了低温韧性。用于制造液-40 ℃级低温球形容器
16MnDR→→（降低碳含量，并加镍和微量钒）→→15MnNiDR
09MnNiDR：-70 ℃级低温压力容器用钢。用于制造液丙烯（-47.7 ℃）、液硫化氢（-61 ）℃等设备
c. 15CrMoR
低合金珠光体热强钢，中温抗氢钢板，用于制造壁温不超过560 ℃的压力容器。
d. 20MnMo、 09MnNiD、 2.25Cr-1Mo锻件
20MnMo：良好的热加工和焊接工艺性能，常制造使用温度为-40～470 ℃的重要大中型锻件。
09MnNiD：良好的低温韧性，常制造使用温度为-40～45 ℃的低温容器。
12Cr1MoV、2.25Cr-1Mo：较高的热强性、抗氧化性和良好的焊接性能，常制造高温（350～480 ℃）、高压（ ～25MPa）、临氢压力容器。
（三）高合金钢：
压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多是耐腐蚀、耐高温钢。
铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢
铬钢：0Cr13
有较高的强度、塑性、韧性和良好的切削加工性能，是常用的铁素体不锈钢，在室温的稀硝酸以及弱有机酸中有一定的耐腐蚀性，但不耐硫酸、盐酸、热磷酸等介质的腐蚀。
铬镍钢：0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10这三种钢均属于奥氏体不锈钢。
0Cr18Ni9：在固溶态，具有良好的塑性、韧性、冷加工性，在氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐腐蚀性亦佳，但长期在水及蒸汽中工作时，0Cr18Ni9有晶间腐蚀倾向，并且在氯化物溶液中易发生应力腐蚀开裂。
0Cr18Ni10Ti：具有较高的抗晶间腐蚀能力，可在-196℃～600℃温度范围内长期使用。
00Cr19Ni10：为超低碳不锈钢，具有更好的耐蚀性。
3、铬镍钼钢：00Cr18Ni5Mo3Si2 
00Cr18Ni5Mo3Si2：是奥氏体-铁素体双相不锈钢，耐应力腐蚀、小孔腐蚀的性能良好，适用于制造介质中含氯离子的设备。
复合板
基层：与介质不接触，主要起承载作用，通常为碳素钢和低合金钢。
复层：与介质直接接触，要求与介质有良好的相容性，通常为不锈钢、钛等耐腐蚀材料，其厚度一般为基层厚度的1/10~1/3。
复合板应用特点：
①用复合板制造耐腐蚀压力容器，可大量节省昂贵的耐腐蚀材料，从而降低压力容器的制造成本。

②复合板的焊接比一般钢板复杂，焊接接头往往是耐腐蚀的薄弱环节，因此壁厚较薄、直径小的压力容器最好不用复合板。
焊接材料：压力容器零部件间焊接还需要焊条、焊丝、焊剂、电极和衬垫等焊接材料。
一般应根据待连接件的化学成分、力学性能、焊接性能，结合压力容器的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料，必要时还应通过试验确定。
压力容器用钢的焊接材料可参阅有关标准。
B. 有色金属和非金属
一、有色金属
使用状态：在退火状态下的强度比较稳定，一般都在退火状态下使用；
选用时应注意选择同类有色金属中的合适牌号。
压力容器常用有色金属：铜及其合金
铝及其合金
镍及镍合金
钛及钛合金
1、铜及其合金
特性：在没有氧存在的情况下，铜在许多非氧化性酸中都是比较耐腐蚀的。但铜最有价值的性能是在低温下保持较高的塑性及冲击韧性。
应用：是制造深冷设备的良好材料。
2、铝及其合金
特性：①铝很轻（密度约为钢的三分之一），耐浓硝酸、醋酸、碳酸、氢铵、尿素等，不耐碱；
②在低温下具有良好的塑性和韧性；
③使用温度范围为-269~200℃；
④有良好的成型和焊接性能。
应用：可用来制作压力较低的贮罐、塔、热交换器，防止污染产品的设备及深冷设备。
3、镍及镍合金
特性：在强腐蚀介质中比不锈钢有更好的耐腐蚀性，比耐热钢有更好的抗高温强度，最高使用温度可达900℃。
应用：由于价格高，一般只用于制造特殊要求的压力容器。
4、钛及钛合金
特性：①对中性、氧化性、弱还原性介质耐腐蚀，如湿氯气、氯化钠和次氯酸盐等氯化物溶液；
②具有密度小（=4510kg/m3）、强度高（相当于20R）、低温性能好、粘附力小等优点；
③但单位质量价格高，比一般钢材高20倍左右；
④使用温度仅限于350℃以内。
应用：在介质腐蚀性强、寿命长的设备中应用，可获得较好的综合经济效果。
二、非金属材料
用途：
它既可以单独用作结构材料，也可用作金属材料保护衬里或涂层,还可以用作设备的密封材料、保温材料和耐火材料。
压力容器用非金属材料要求：除要求有良好的耐腐蚀性外，还应有足够的强度，好的热稳定性，良好的加工制造性能。
缺点：大多数材料耐热性不高，对温度波动比较敏感，与金属相比强度较低(除玻璃钢外)。
压力容器常用非金属材料：涂料
工程塑料
不透性石墨
搪瓷
陶瓷
1、涂料：是一种有机高分子胶体的混合物，将其均匀地涂在容器表面上能形成完整而坚韧的薄膜，起耐腐蚀和保护作用。
2、工程塑料
①热塑性塑料
在一定温度下可以变软，而不发生化学变化，冷却后又变硬，再加热又软化；
Eg.如聚氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS等；可用作制造低压容器的壳体、管道，也可用作密封元件、衬里等的材料。
②热固性塑料
3、不透性石墨：具有良好的化学稳定性、导电性和导热性，可用于制造热交换器。
4、陶瓷：具有良好的耐腐蚀性能，且有一定的强度，被用来制造塔、贮槽、反应器和管件。
5、搪瓷：搪瓷设备是由含硅量高的瓷釉通过9000C左右的高温锻烧，使瓷釉密着于金属胎表面而制成的。它具有优良的耐蚀性，较好的耐磨性，广泛用作耐腐蚀、不挂料的反应罐、贮罐、塔和反应器等。
复合材料
具有重量轻、强度高、耐腐蚀性好等优点，
是一种很有发展前途的压力容器材料，
已被用于制造天然气钢瓶、液化石油气储罐等产品。