中低壓壓力容器鋼選材及工藝制訂

劉大釗　劉霄

【摘 要】壓力容器服役條件有高溫和低溫，承受內(nèi)壓和外壓，壓力容器用鋼要求具有優(yōu)良的綜合力學性能，即要求強度高、塑性和韌性好，較低的冷脆傾向，較低的缺口和時效敏感性等，所以在剛選擇及加工工藝中，都要有嚴格的要求。

【關(guān)鍵詞】壓力容器；鋼材選擇；加工工藝

一、壓力容器用鋼的服役條件

壓力容器服役條件有高溫和低溫，承受內(nèi)壓和外壓，內(nèi)盛入介質(zhì)有強腐蝕、強輻射等對壓力容器用鋼的要求是具有足夠強度、韌性和塑形，有良好的冷熱加工性能和焊接性能；對于在腐蝕介質(zhì)條件下工作的壓力容器，必須具有相應的耐蝕性和抗氫能力；在高溫條件下工作的容器必須保證組織在工作溫度下具有穩(wěn)定；在低溫下工作的容器要保證在工作溫度下有足夠的韌性。

二、壓力容器用鋼的技術(shù)要求

壓力容器用鋼要求具有優(yōu)良的綜合力學性能，即要求強度高、塑性和韌性好，較低的冷脆傾向，較低的缺口和時效敏感性等；壓力容器經(jīng)常與酸、堿、鹽等各種各樣的介質(zhì)接觸，殼體材料被腐蝕后，會導致壁厚減薄，而且有可能改變其組織和性能，并導致容器破壞。因此，材料必須與介質(zhì)相適應。加工工藝的影響，包括是否便于加工、經(jīng)濟合理性及來源；良好的焊接性能等。

三、壓力容器用鋼的成分特點

為了提高鋼的力學性能，必須在鋼中添加一些合金元素，其中最主要的有錳、硅、鉻、鎳、鉬、鈦、鈮、釩、鋁和銅等。

錳是煉鋼時用錳鐵脫氧而殘留在鋼中的。作為合金元素加入鋼中的錳，能夠提高鋼的強度性能和奧式體鋼的組織穩(wěn)定性，截面較大的工件可以獲得較均勻的細化組織。

硅能提高鋼的強度、耐腐蝕性和耐熱性。硅含量高達15%～20%時，即高硅鑄鐵，具有特別好的耐酸腐蝕性能。

鉻能提高鋼的強度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性，鉻鋼具有良好的綜合力學性能，經(jīng)淬火回火處理的鉻鋼，鉻元素一般不降低其韌性。

鎳能使鋼具有很高的強度、塑性和韌性。當鎳含量少于20%時，其強度隨鎳含量增高而增加，塑性隨鎳含量增高而降低。

鉬主要使鋼具有耐熱性和很高的高溫力學性能。在結(jié)構(gòu)鋼中，鉬的作用是消除回火脆性、細化晶粒，同時強烈提高鋼的淬透性，使截面厚度較大的部件可以淬透、淬深。

鈦能改善鋼的熱強性。在碳素鋼和低合金鋼中加入鈦，能提高持久極限和蠕變極限。含鉻量在4%～6%的鉻鋼中加入鈦后，能提高高溫時的抗氧化性能。

釩在鋼中的主要作用是細化晶粒，提高晶粒粗化溫度，降低鋼的過熱敏感性，提高鋼的強度和韌性。

鎢能增加鋼的回火穩(wěn)定性、紅硬性和熱強性。

Q345R

具有良好的綜合力學性能、制造工藝性能，主要用于制造中低壓壓力容器和多層高壓容器

合金化原理

隨鉻含量的增加，耐熱鋼的淬透性、氧化及腐蝕抗性逐漸增加，通常9%-12%Cr時為最佳。V、Nb均能在鐵素體基體中形成細小、共格的強碳化物、氮化物或碳氮化物析出相。在低溫短時間下Nb的效果顯著，而在高溫長時間下V的作用更明顯。這是由于奧氏體化時NbC、NbN 并未完全溶解， 導致蠕變過程中析出相聚合、粗化，加速回復，所以僅提高短期蠕變斷裂強度，而V能進入沉淀相中，阻止沉淀相粗化，回復較慢，從而提高高溫長期蠕變強度。NbV的復合添加，各自強化作用疊加，是耐熱鋼的主要強化手段之一。Nb、V最佳含量隨溫度的變化而變化， B不僅可改善淬透性，還可提高晶界強度。Ni、Cu和Co均為奧氏體形成元素，可以削減鉻當量Cr以抑制鐵素體的形成。由于Ni使A1轉(zhuǎn)變溫度的降低程度較大，因此添加Cu、Co既可抑制鐵素體的形成，也可確保在較高的溫度下回火。Co還能強化基體，提高細小析出物的穩(wěn)定性。Si為鐵素體形成元素，易使韌性降低。

四、壓力容器的工藝規(guī)范

鋼板軋制、鍛造是在鋼坯上進行的。目前壓力容器用鍛件主要有兩種，一種是芯棒鍛造，另一種是環(huán)形軋制。芯棒鍛造是使鍛件逐漸拔長和擴孔的加工過程；環(huán)形軋制如普通軋制一樣，是連續(xù)加工的過程。環(huán)形軋制鋼材其組織更為均勻，質(zhì)量更好。

熱處理方面，正火主要用于改善母材的綜合力學性能，提高塑形和韌性；改善電渣焊焊縫組織，提高綜合力學性能；用于必須在正火狀態(tài)使用的鋼材如15MnTi。在厚壁壓力容器中，目前已開始使用調(diào)質(zhì)工藝來提高殼體材料的強度和韌性。調(diào)質(zhì)的淬火加熱溫度和保溫時間與正火相同。去應力退火消去焊接接頭中的內(nèi)應力和冷作硬化，提高接頭處抗脆斷能力；提高低合金鋼接頭的韌性，促進耐熱鋼焊接焊縫及熱影響區(qū)的碳化物穩(wěn)定性，提高接頭的高溫持久強度；穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形狀，減少畸變；促進焊接金屬中氫的向外擴散，提高焊接的韌性。

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