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1、壓力容器用鋼選材及工藝制定于海洋（中國石油大學機電工程學院材料系 材料07-2班）1.壓力容器用鋼的服役條件壓力容器所在的場合大多接觸的介質很多是易燃、易爆的, 以及操作工況的壓力、溫度的苛刻性, 決定了在壓力容器的設計中, 既要保證生產工藝結構方面的要求, 又要確保安全運行。2.壓力容器用鋼的技術要求壓力用鋼的選用必須考慮設備的設計壓力、設計溫度、介質特性、材料的焊接性能、冷熱加工性能、熱處理以及容器的結構外，還需要考慮經濟合理性，由此提出了對材料各種性能的要求,它包括機械性能、物理性能、耐腐蝕性能、制造工藝性能（如焊接性能、冷熱加工工藝性能），決定這些性能的最根本的就是材料的組織與成分。32、.壓力容器用鋼的成分特點 (1)成分設計 總結了典型鐵素體系鉻鉬耐熱鋼的研究現狀及發展變化趨勢和規律,根據鉻元素含量的變化, 鐵素體系鉻鉬耐熱鋼主要分為2% Cr、9% Cr、12% Cr 三大系列, 均通過添加V、Nb、Mo、W、Co 、B、N 等合金元素并調整它們之間的最佳配比從而使性能獲得不斷的改善。3-1􀀁2%CrT/P22鋼廣泛應用于石油化學工業的加氫反應器、氨合成塔外殼及使用燃料或動力的發電設備配套鍛件等,具有強度高、抗氫性能良好,在20世紀70年代就已得到廣泛的應用,通常被作為低合金耐熱鉻鉬鋼的開發基準。T/P23鋼是日本住友金屬根據微量合金化理論,在T/P223、的基礎上,借鑒我國R102以W代Mo的原理,降低C含量并添加微量V、Nb、N、B等開發成功的一種新型低碳高強度耐熱鋼。較之T/P22,該鋼蠕變強度明顯提高,550度以上許用應力約為T/P22的2倍,不需焊前預熱、焊后熱處理,冷裂敏感性遠低于R102。因此,T/P23可以減薄壁厚、優化傳熱效率和簡化制造工藝,是取代T/P22、12Cr1MoV、R102等用于制造金屬壁溫低于580度的大型電站鍋爐過熱器、再熱器及集箱的優質材料。3-2􀀁9%Cr在新型9%Cr系鋼中,目前應用較成熟的為改良型9Cr-1Mo鋼,即T/P91。它是在ASTM T9鋼的基礎上,于20世紀80年代由美國橡樹4、嶺國家實驗室成功開發, 我國擬用牌號為10Cr9Mo1VNbN。該鋼通過添加微量的V、Nb、N 形成細小彌散分布的MX 型析出相,綜合性能優良,具有高溫持久強度優異(620度以下時高于TP304H)、焊縫裂紋敏感性低、沖擊韌性高等特點,是當今世界超臨界發電廠鍋爐管用鋼使用最為廣泛的鋼種,而且被作為開發更高工作溫度鋼材的研究基準。20世紀90年代初，日本在大量推廣T/P91時發現,當使用溫度超過600度,T/P91已不能滿足長期安全運行的要求。加入1.5%-2.0%W且為避免在微觀組織上形成鐵素體將Mo含量降至0. 3%-0.6%,形成以W為主的WMo復合固溶強化,加入V、Nb形成碳氮化物彌散沉5、淀強化及加入0.001%-0.006%B形成晶界強化,從而研制開發了新型鐵素體耐熱合金9Cr1. 8W0.5MoVNb,以T/P92納入ASME標準。T/P92同T/P91一樣具有優良的導熱性、抗氧化性、抗高溫腐蝕性, 良好的韌性、可焊性以及加工性能。與T/P91相比,600度以下的力學性能兩者大致相當,600度許用應力值較T/P91提高約35%,625度的許用應力值與T/P91600度的許用應力值相當,650度蠕變強度與奧氏體耐熱剛TP347H相當,可用于625度蒸氣參數的超超臨界機組作過熱器、再熱器聯箱和主蒸氣管道,部分代替TP304H和TP347H使用,避免或減少異種鋼焊接頭。3-2 &6、#1048577;12%Cr一般當工作溫度在620度以上時,9%Cr鋼的抗氧化性能不能滿足要求,需使用12%Cr系耐熱鋼。T/P122是日本住友金屬以德國X20CrMoV121鋼為基礎,降低了其碳含量,加入1%的W和少量的Cu、Nb,改進研制的11Cr0.4Mo2WCuVNb鋼。其化學成分特點如下:1形成WMo的復合固溶強化和更加穩定細小的MX型彌散沉淀強化,提高組織穩定性和高溫強度;2其基本化學成分與T92相當,為了提高它的抗氧化性,Cr 含量提高到12%;3添加Cu以抑制鐵素體生成、改善相穩定性,提高焊接接頭的沖擊韌性及蠕變斷裂韌性,而富Cu相析出能提高蠕變強度。該鋼綜合性能優良,具有較好7、的組織穩定性,與T/ P91相比,在高溫650度時的持久強度、抗氧化性能和抗腐蝕性能更優。但由于含銅量較高,在熱加工和焊接后不得不進行回火處理, 并且由于AC1溫度較低,需要較長的回火時間。此外,焊接接頭存在弱化現象且價格昂貴,也進一步限制了其使用范圍。 (2)合金化原理Cr為耐熱鋼的基礎組元,典型的鐵素體形成元素。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。對比V、Nb的效果，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8、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M23C6、M6X及Fe2Mo等沉淀相中,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CrMo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, 600度時Nb、V的最佳含量分別為0.05%、0.2%。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MX9、u相等細小析出物的穩定性。Si為鐵素體形成元素,易促使Laves相析出而使韌性降低。4.壓力容器用鋼工藝規范1.制造安裝工藝規范壓力容器的破壞除鋼材本身質量因素外,制造及安裝缺陷造成的內部應力集中也是引起脆性斷裂的一個重要原因。特別在低溫下,應力集中處較大的峰值應力與設備總體薄膜應力和彎曲應力相疊加,使低溫壓力容器在局部達到很高的應力水平,而低溫下鋼材的塑性變形能力下降,自限性條件消失,從而引起鋼材突然的脆性斷裂.安裝過程中,應采取措施降低內部應力水平和冷作硬化現象。 2.焊接工藝質量控制要點壓力容器的焊接質量是影響低溫壓力容器施工質量的另一個重要因素。低溫鋼的焊接除了防止焊接裂紋外,關鍵是10、要保證焊縫及熱影響區的低溫韌性,這是低溫鋼焊接工藝質量控制的一個主要環節。 3.焊接工藝質量控制要點壓力容器的焊接質量是影響低溫壓力容器施工質量的另一個重要因素。鋼的焊接除了防止焊接裂紋外,關鍵是要保證焊縫及熱影響區的低溫韌性,這是鋼焊接工藝質量控制的一個主要環節。保溫溫度、保溫時間、加熱冷卻速度、入爐出爐溫度的確定。5.參考文獻1歐繼權.低溫鋼制壓力容器施工工藝質量控制要點J.石油化工建設,2004,(5).2張永濤,張漢謙,王國棟,李金富.典型鍋爐及壓力容器用鐵素體系鉻鉬耐熱鋼的發展回顧及成分設計J.材料導報,2008,(7).3邸廣民,吳冬果,. 淺談壓力容器設計中容易忽視的問題J.科技情報開發與經濟,2010,(10).4劉衛平.以Q235-B、16MnR、16MnDR為例淺析壓力容器中的選材J.化學工程師,2005,(7).5李盼,李芳,.含H2S和CO2油氣環境中壓力容器選材研究J.油氣田地面工程,2010,(4).