压力容器用钢选材及工艺制定.doc

压力容器用钢选材及工艺制定于海洋中国石油大学机电工程学院材料系材料班压力容器用钢的服役条件压力容器所在的场合大多接触的介质很多是易燃易爆的以及操作工况的压力温度的苛刻性决定了在压力容器的设计中既要保证生产工艺结构方面的要求又要确保安全运行压力容器用钢的技术要求压力用钢的选用必须考虑设备的设计压力设计温度介质特性材料的焊接性能冷热加工性能热处理以及容器的结构外还需要考虑经济合理性由此提出了对材料各种性能的要求它包括机械性能物理性能耐腐蚀性能制造工艺性能如焊接性能冷热加工工艺性能决定这些性能的最根本的就是材料的组织与成分压力容器用钢的成分特点成分设计总结了典型铁素体系铬钼耐热钢的研究现状及发展变化趋势和规律根据铬元素含量的变化铁素体系铬钼耐热钢主要分为三大系列均通过添加等合金元素并调整它们之间的最佳配比从而使性能获得不断的改善钢广泛应用于石油化学工业的加氢反应器氨合成塔外壳及使用燃料或动力的发电设备配套锻件等具有强度高抗氢性能良好在世纪年代就已得到广泛的应用通常被作为低合金耐热铬钼钢的开发基准钢是日本住友金属根据微量合金化理论在的基础上借鉴我国以代的原理降低含量并添加微量等开发成功的一种新型低碳高强度耐热钢较之该钢蠕变强度明显提高度以上许用应力约为的倍不需焊前预热焊后热处理冷裂敏感性远低于因此可以减薄壁厚优化传热效率和简化制造工艺是取代等用于制造金属壁温低于度的大型电站锅炉过热器再热器及集箱的优质材料在新型系钢中目前应用较成熟的为改良型钢即它是在钢的基础上于世纪年代由美国橡树岭国家实验室成功开发我国拟用牌号为该钢通过添加微量的形成细小弥散分布的型析出相综合性能优良具有高温持久强度优异度以下时高于焊缝裂纹敏感性低冲击韧性高等特点是当今世界超临界发电厂锅炉管用钢使用最为广泛的钢种而且被作为开发更高工作温度钢材的研究基准世纪年代初日本在大量推广时发现当使用温度超过度已不能满足长期安全运行的要求加入且为避免在微观组织上形成铁素体将含量降至形成以为主的复合固溶强化加入形成碳氮化物弥散沉淀强化及加入形成晶界强化从而研制开发了新型铁素体耐热合金以纳入标准同一样具有优良的导热性抗氧化性抗高温腐蚀性良好的韧性可焊性以及加工性能与相比度以下的力学性能两者大致相当度许用应力值较提高约度的许用应力值与度的许用应力值相当度蠕变强度与奥氏体耐热刚相当可用于度蒸气参数的超超临界机组作过热器再热器联箱和主蒸气管道部分代替和使用避免或减少异种钢焊接头一般当工作温度在度以上时钢的抗氧化性能不能满足要求需使用系耐热钢是日本住友金属以德国钢为基础降低了其碳含量加入的和少量的改进研制的钢其化学成分特点如下形成的复合固溶强化和更加稳定细小的型弥散沉淀强化提高组织稳定性和高温强度其基本化学成分与相当为了提高它的抗氧化性含量提高到添加以抑制铁素体生成改善相稳定性提高焊接接头的冲击韧性及蠕变断裂韧性而富相析出能提高蠕变强度该钢综合性能优良具有较好的组织稳定性与相比在高温度时的持久强度抗氧化性能和抗腐蚀性能更优但由于含铜量较高在热加工和焊接后不得不进行回火处理并且由于温度较低需要较长的回火时间此外焊接接头存在弱化现象且价格昂贵也进一步限制了其使用范围合金化原理为耐热钢的基础组元典型的铁素体形成元素随铬含量的增加耐热钢的淬透性氧化及腐蚀抗性逐渐增加通常时为最佳均能在铁素体基体中形成细小共格的强碳化物氮化物或碳氮化物析出相对比的效果在低温短时间下的效果显著而在高温长时间下的作用更明显这是由于奥氏体化时并未完全溶解导致蠕变过程中析出相聚合粗化加速回复所以仅提高短期蠕变断裂强度而能进入及等沉淀相中阻止沉淀相粗化回复较慢从而提高高温长期蠕变强度的复合添加各自强化作用叠加是耐热钢的主要强化手段之一最佳含量随温度的变化而变化度时的最佳含量分别为不仅可改善淬透性还可提高晶界强度和均为奥氏体形成元素可以削减铬当量以抑制铁素体的形成由于使转变温度的降低程度较大因此添加既可抑制铁素体的形成也可确保在较高的温度下回火还能强化基体提高相等细小析出物的稳定性为铁素体形成元素易促使相析出而使韧性降低压力容器用钢工艺规范制造安装工艺规范压力容器的破坏除钢材本身质量因素外制造及安装缺陷造成的内部应力集中也是引起脆性断裂的一个重要原因特别在低温下应力集中处较大的峰值应力与设备总体薄膜应力和弯曲应力相叠加使低温压力容器在局部达到很高的应力水平而低温下钢材的塑性变形能力下降自限性条件消失从而引起钢材突然的脆性断裂安装过程中应采取措施降低内部应力水平和冷作硬化现象焊接工艺质量控制要点压力容器的焊接质量是影响低温压力容器施工质量的另一个重要因素低温钢的焊接除了防止焊接裂纹外关键是要保证焊缝及热影响区的低温韧性这是低温钢焊接工艺质量控制的一个主要环节焊接工艺质量控制要点压力容器的焊接质量是影响低温压力容器施工质量的另一个重要因素钢的焊接除了防止焊接裂纹外关键是要保证焊缝及热影响区的低温韧性这是钢焊接工艺质量控制的一个主要环节保温温度保温时间加热冷却速度入炉出炉温度的确定参考文献欧继权低温钢制压力容器施工工艺质量控制要点石油化工建设张永涛张汉谦王国栋李金富典型锅炉及压力容器用铁素体系铬钼耐热钢的发展回顾及成分设计材料导报邸广民吴冬果浅谈压力容器设计中容易忽视的问题科技情报开发与经济刘卫平以为例浅析压力容器中的选材化学工程师李盼李芳含和油气环境中压力容器选材研究油气田地面工程