壓力容器材料的控制管理

一、材料的“以優(yōu)代劣”
　　壓力容器用金屬材料的主要性能，包括力學(xué)性能、化學(xué)性能、物理性能和工藝性能。材料性能對(duì)于某種材料而言，是確定不變的。一種材料在某一方面的性能“優(yōu)”于另一種材料的同時(shí)，有可能在其它方面“劣”于另一種材料，在不同的情況下，人們對(duì)材料性能的需求是千變?nèi)f化的，在材料代用問(wèn)題上的“優(yōu)”、“劣”判斷，只能具體問(wèn)題具體分析，這方面的事例在壓力容器中是常見(jiàn)的。
　　(1)壓力容器用低合金鋼雖然強(qiáng)度等機(jī)械性能方面的指標(biāo)要優(yōu)于碳素鋼，但是其可焊性、冷加工性能卻不如碳素鋼好，因?yàn)橐话銖?qiáng)度級(jí)別越高，其可焊性和冷加工性能就越差。
　　(2)壓力容器用低合金鋼抗應(yīng)力腐蝕性能卻不如碳素鋼好。材料代用時(shí)如果考慮不周，將會(huì)給壓力容器的   使用留下隱患。如在有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向和濕H2S環(huán)境的設(shè)備中，隨著壓力容器用鋼強(qiáng)度級(jí)別的提高，相應(yīng)地對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性加大，在這種情況下用Q345R等低合金鋼代替Q245R及Q235系列鋼，會(huì)   容易出現(xiàn)問(wèn)題，原則上這類“以優(yōu)代劣”是不允許的。
　　(3)鋼在許多方面的性能都優(yōu)于沸騰鋼，但是當(dāng)用于制造搪瓷玻璃容器時(shí)，沸騰鋼的搪瓷效果反而比鋼好。
　　(4)對(duì)于膨脹節(jié)、爆破片和撓性管板這類零件，原則上不允許以“優(yōu)”代“劣”，否則應(yīng)按代用材料重新計(jì)算，對(duì)其厚度適當(dāng)減薄，否則將有可能導(dǎo)致這些元件及相鄰部位失效。
　　(5)不銹鋼也有其耐蝕性能不如碳素鋼和低合金鋼的場(chǎng)合，如含Cl-介質(zhì)的工況。
　　(6)超低碳不銹鋼的價(jià)格和性能，雖然優(yōu)于普通不銹鋼，但是其高溫?zé)釓?qiáng)性卻不如普通不銹鋼，碳在奧氏體不銹鋼中具有兩重性。從性來(lái)說(shuō)，需要降低含碳量；而從性能來(lái)說(shuō)，則需要適當(dāng)提高含碳量，在進(jìn)行此類“以優(yōu)代劣”時(shí)，要特別注意設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度，   時(shí)需重新進(jìn)行計(jì)算。
　　總之，壓力容器產(chǎn)品材料不能隨便地“以優(yōu)代劣”，如主要受壓元件發(fā)生這方面的材料代用時(shí)，制造單位   取得原設(shè)計(jì)單位同意修改的書(shū)面證明文件，并且在改動(dòng)部位作詳細(xì)記載，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定。
　　二、材料的“以厚代薄”
　　材料的“以厚代薄”，往往使殼體的受力由平面應(yīng)力狀態(tài)向平面應(yīng)變狀態(tài)轉(zhuǎn)變，對(duì)容器的受力狀態(tài)而無(wú)利，厚壁容器   容易產(chǎn)生三向拉應(yīng)力的平面應(yīng)變脆性斷裂。
　　(1)對(duì)于原設(shè)計(jì)中筒體與封頭之間為等厚度焊接的容器，如對(duì)容器殼體個(gè)別部件進(jìn)行“以厚代薄”(如僅增加封頭厚度，而筒體厚度不變)時(shí)，勢(shì)必增加容器殼體的幾何不連續(xù)程度，從而引起應(yīng)力集中，使封頭與筒體連接部位的局部應(yīng)力增大，對(duì)有應(yīng)力腐蝕傾向的容器有很大危害；對(duì)于受交變載荷的容器，則有可能引起疲勞裂紋甚至疲勞斷裂。
　　(2)當(dāng)厚板代薄板時(shí)，往往要引起連接結(jié)構(gòu)的變化，如加厚的封頭與筒體的連接，往往都   對(duì)封頭進(jìn)行削邊處理。對(duì)于用管道做筒體的設(shè)備，當(dāng)筒體壁加厚時(shí)，筒體與封頭的連接處，有時(shí)也   對(duì)筒體側(cè)作削邊處理。對(duì)于筒體與管板及平蓋的對(duì)焊連接結(jié)構(gòu)，也同樣存在這些問(wèn)題。當(dāng)厚度增加較多時(shí)，常常還涉及到焊接結(jié)構(gòu)的變化，如接管與殼體焊縫及對(duì)接焊縫都有可能從原來(lái)的單V型改為X型坡口。
　　(3)對(duì)于容器殼體整體上的以厚代薄，雖然不會(huì)使筒體與封頭連接部位的局部應(yīng)力增加，但是仍會(huì)造成以下幾種不利影響：一是殼體厚度增大后，原設(shè)計(jì)選用的焊接方式、檢測(cè)方法等可能相應(yīng)發(fā)生變化；二是殼體增厚勢(shì)必增加容器的重量，于是將對(duì)容器的支座和基礎(chǔ)不利：三是對(duì)于殼體兼作傳熱部件的容器，增加殼體厚度會(huì)影響換熱容器的傳熱效果。
　　(4)鋼板許用應(yīng)力與其厚度密切相關(guān)，從GB150中可見(jiàn)，鋼材隨著板厚的增加，材料許用應(yīng)力呈下降趨勢(shì)。如Q345R在20~150℃下，板厚從16mm增加到18mm時(shí)，許用應(yīng)力由170MPa下降到163MPa；Q245R在150℃下，板厚從16mm增加到18mm時(shí)，許用應(yīng)力由132MPa下降到126MPa。厚代薄有可能導(dǎo)致強(qiáng)度不足。因此，當(dāng)處于這些臨界狀況下的厚代薄時(shí)，還   對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。
　　(5)對(duì)于膨脹節(jié)、波紋管、撓性薄管板和薄管板等元件，原則上不應(yīng)采用厚代薄，因?yàn)殡S著元件的加厚，其剛性相應(yīng)增大，從而削弱了補(bǔ)償變形效果。
　　因此，“以厚代薄”也   像其它形式的材料代用那樣，“事先取得原設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)修改證明文件，對(duì)改動(dòng)部位應(yīng)作詳細(xì)記載……”，由設(shè)計(jì)單位來(lái)綜合考慮以厚代薄造成的種種不利影響，決定是否可行并對(duì)可實(shí)施以厚代薄的容器的焊接工藝、檢測(cè)方法、支座、基礎(chǔ)等作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以或減少各種不利影響。