压力容器所用的全部金属材料要具有优良的性能,包括材料的力学性能、耐腐蚀性、耐高温性和制作工艺等。每一种材料的性能都是固定不变的从性能比较的角度出发,常常会出现材料间的“优”和“劣”的问题。但每种压力容器对材料性能的要求在不同情况下也是不一样的。

材料代用中的“优”与“劣”判断从实际出发,具体问题具体分析。

1） 压力容器制作中,在强度、力学特征等机械能方面,其常用到的低合金钢尽管明显优于碳素钢,但其冷加工性能与可焊性都比不过碳素钢。一般来说,强度级别高的,其冷加工性能与可焊性就较差,二者负相关。所以在进行这方面的代用时,应相应调整焊接工艺,在热处理时也可能会有相应变化,应给予充分重视。

2）材料代用时进行细致、周全的考虑,否则压力容器实际使用中可能会出现各种安全隐患。比如处于湿硫化氢环境下及存在应力腐蚀开裂风险的设备中,容器对应力腐蚀开裂地敏感性随容器使用的钢材的强度级别的提高而增大,二者正相关。此时若将20R和Q235和20R系列的钢材用16MnR等低合金钢待用就极易产生问题,因此,此类“以优代劣”行径在原则是行不通的,应当被禁止。镇静钢在许多性能方面上,镇静钢都比沸腾钢要更占优势,但在搪玻璃容器制造时,镇静钢的搪瓷效果反而不如沸腾钢好。

3）一般来说, 不锈钢的耐腐蚀性较出色但在含有氯离子的环境下,其耐腐蚀性却不如低合金钢和碳素钢。

4）和普通不锈钢相比,超低碳不锈钢虽然具有价格优势和良好的耐腐蚀性,但前者的高温热强性却更为出色。一般情况下,为了提高耐腐蚀性,需降低炭含量,而为了提高高温性,则要提高炭的含量。故而,此种情况下的“以优代劣”,要尤其精确设计设备温度,如有必要,应当重新计算。

“以厚代薄”常常使从平面应力状壳体的受力态转变为平面应变状态,这对容器受力状态来说,是有百害而无一利的,通常情况下,厚壁容器比薄壁容器更容易产生三向拉应力,进而产生平面应变脆性断裂。

1）对原设计中封头和筒体间等厚焊接的容器,若对容器壳体的个别部件进以厚代薄,很容易增加壳体的几何不连续情况,从而使封头和简体间的连接部位受到的局部应力增加,此时,对于有应力腐蚀倾向的容器来说,会造成很大的损害。可能会导致疲劳裂纹,严重的可能造成疲劳断裂。

2） 在厚板替代薄板时,常常导致连接结构发生相应改变,例如,简体与加厚的封头连接时,通常需要对封头进行削边处理。对以管道为主要简体构成的设备,若增加筒壁厚度,在封头与简体的连接部位也须对简体侧实施内削边处理。在厚度增加较大时,往往也关系到焊接工艺的变化。

3）容器壳体整体层面上的“以厚代薄”,虽然并不会造成简体连接处和封头的局部应力增加,但不了避免地,仍会导致不良影响。(1)厚度增加后,原来的壳体设计中的探伤方式和焊接工艺也要进行相应的改变,增加难度;(2)壳体厚度的增加必然使容器的重量加大,当容器重量增加过大时,必然会对容器的基础和支座产生不利影响;(3)对壳体同时具有传热作用的容器,壳体厚度的增加肯定会影响其传热效果。

进行材料代用时, 应根据实际用材情况对焊接工艺进行适当的调整,一般调整原则为:用高级材料替代低级材料时,实验和验收仍可采用低级材料的标准,不用提高标准;不同材料的耐高温性、韧度等性能不同时, 进行最低水压实验时, 其相应的温度也可能发生改变,此时,要严格按 GB150 的相关规定执行;当板厚增加超过 GB150所规定的冷卷厚度时,一定要对筒体进行消除应力的热处理;钢板的厚度达到一定水平时,还需要进行超声探伤,必要时,提高水试验的压力。

在材料的机械性能要求上,在考虑材料强度的同时,也应考虑其韧性,在韧性满足的条件下,则应尽可能提高其强度。从这个角度上来说,在压力容器材料选择上要正确界定“优”和“劣”,不要单纯的从材料的厚度和强度来考虑,而要进行综合辨析和考虑。