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(huì)出現(xiàn)材料間的“優(yōu)”和“劣”的問(wèn)題。但每種壓力容器對(duì)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(wèn)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(guò)碳素鋼。一般來(lái)說(shuō),強(qiáng)度級(jí)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(shí),應(yīng)相應(yīng)調(diào)整焊接工藝,在熱處理時(shí)也可能會(huì)有相應(yīng)變化,應(yīng)給予充分重視。

2）材料代用時(shí)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(huì)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(xiǎn)的設(shè)備中,容器對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂地敏感性隨容器使用的鋼材的強(qiáng)度級(jí)別的提高而增大,二者正相關(guān)。此時(shí)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(wèn)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(shì),但在搪玻璃容器制造時(shí),鎮(zhèn)靜鋼的搪瓷效果反而不如沸騰鋼好。

3）一般來(lái)說(shuō), 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(jià)格優(yōu)勢(shì)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(jì)設(shè)備溫度,如有必要,應(yīng)當(dāng)重新計(jì)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(duì)容器受力狀態(tài)來(lái)說(shuō),是有百害而無(wú)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(duì)原設(shè)計(jì)中封頭和筒體間等厚焊接的容器,若對(duì)容器殼體的個(gè)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(jiǎn)體間的連接部位受到的局部應(yīng)力增加,此時(shí),對(duì)于有應(yīng)力腐蝕傾向的容器來(lái)說(shuō),會(huì)造成很大的損害?？赡軙?huì)導(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(shí),常常導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變,例如,簡(jiǎn)體與加厚的封頭連接時(shí),通常需要對(duì)封頭進(jìn)行削邊處理。對(duì)以管道為主要簡(jiǎn)體構(gòu)成的設(shè)備,若增加筒壁厚度,在封頭與簡(jiǎn)體的連接部位也須對(duì)簡(jiǎn)體側(cè)實(shí)施內(nèi)削邊處理。在厚度增加較大時(shí),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(huì)造成簡(jiǎn)體連接處和封頭的局部應(yīng)力增加,但不了避免地,仍會(huì)導(dǎo)致不良影響。(1)厚度增加后,原來(lái)的殼體設(shè)計(jì)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(guò)大時(shí),必然會(huì)對(duì)容器的基礎(chǔ)和支座產(chǎn)生不利影響;(3)對(duì)殼體同時(shí)具有傳熱作用的容器,殼體厚度的增加肯定會(huì)影響其傳熱效果。

進(jìn)行材料代用時(shí), 應(yīng)根據(jù)實(shí)際用材情況對(duì)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(jí)材料替代低級(jí)材料時(shí),實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)收仍可采用低級(jí)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(shí), 進(jìn)行最低水壓實(shí)驗(yàn)時(shí), 其相應(yīng)的溫度也可能發(fā)生改變,此時(shí),要嚴(yán)格按 GB150 的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行;當(dāng)板厚增加超過(guò) GB150所規(guī)定的冷卷厚度時(shí),一定要對(duì)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(shí),還需要進(jìn)行超聲探傷,必要時(shí),提高水試驗(yàn)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(shí),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(gè)角度上來(lái)說(shuō),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(lái)考慮,而要進(jìn)行綜合辨析和考慮。