压力容器用钢板选用：设计参数、材料特性及其他关键考量因素

1、选择压力容器用钢板时，应考虑：

① 设计压力； ② 设计温度； ③ 介质特性； ④集装箱类。

2、从材料力学性能来看，温度升高相当于压力升高，冷却会导致钢材脆性增加。

3、对于相同材料，随着温度和板厚的增加，许用应力减小。因此，当容器壳体的公称厚度处于钢板许用应力变化临界值时，应考虑这一问题。例如，16mm处的Q235-B和Q235-C以及16mm和36mm处的Q345R将导致许用应力跳跃。

4、钢材的强度和塑性指标可以通过拉伸试验和冷弯试验（在室温下进行）获得。

5、供应板材时，薄板以热轧状态供应，厚板以正火状态供应（因强度和韧性降低）。

6、当压力容器用钢板达到一定厚度时，应采用正火状态使用，即采用正火板。例如，壳体厚度>30mm的Q345R钢板必须以正火状态供货和使用。请注意：正火仅针对板材，而不是整个设备。 （热轧板呈铁红色，正火板呈铁蓝色）。

7、压力容器用钢与锅炉用钢相似。首先要保证有足够的强度、足够的塑性、质地均匀。因此必须选用杂质（S、P）和有害气体含量较低的碳钢和低合金钢，这两种钢都是镇静钢。为了保证压力元件材料的焊接性能，材料的含碳量一般必须控制在≤0.25%。随着材料含碳量的增加，其冲击韧性下降，脆性转变温度升高，焊接时易产生裂纹。

8、低合金钢的力学性能、耐蚀性、耐热性、耐磨性等均优于碳钢。最常用的是：Q345R。不仅严格控制S、P含量，更重要的是要求有足够的冲击韧性，材料验收也比较严格。因此，其工作压力不受限制，工作温度上限为475℃，下限为-20℃。板厚3~200mm。它是一种广泛使用的材料。

9、Q345R（GB713-2008，替代原16MnR）使用说明：

①. Q345R的适用范围为：工作压力无限制，工作温度为-20~475℃。

②.当Q345R用作压力容器壳体的板厚>30mm时，容器焊后需进行退火和热处理。热处理温度600~650℃；若焊前预热至100℃，板厚可增至34mm。 。

③. Q345R钢板一般以热轧状态供货；当板厚>30mm时，为保证塑性和韧性，一般采用正火板，每块钢板均应进行超声波探伤，合格为Ⅲ级。

④. Q345R用作厚度>50mm的法兰、平盖、管板等时，应在正火状态下使用。

⑤Q345R为C-Mn钢，普通低合金高强度钢，屈服强度为350MPa，具有良好的低温冲击韧性。手工焊接时，如果是压力容器，一般采用碱性焊条（如J507）。自动焊时一般采用H08MnA或H10Mn2焊丝和HJ431焊剂。

⑥. Q345R钢板最小厚度为3mm，钢板厚度负偏差为0.3mm。

10、Q235-B适用于：P≤1.6MPa、0～350℃、壳体δn≤20、非高度危险介质。

11、Q235-C适用于：P≤2.5MPa、0～400℃、壳体δn≤30。

12、可采用奥氏体不锈钢：工作压力无限制，工作温度-196~700℃。使用的介质条件为：①介质具有强腐蚀性； ②抗铁离子污染； ③ T＞500℃的耐热钢或T＜-100℃的低温钢。

13、奥氏体不锈钢既是耐酸钢又是耐热钢。在耐腐蚀性方面，需要降低碳含量；就耐高温而言，需要适当提高碳含量。

14、为了防止奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，一般会降低不锈钢的含碳量。可用00Cr或0Cr代替1Cr。 （含碳量低，晶体间不会发生贫Cr现象）

15、奥氏体不锈钢在高温条件下（>525℃）使用时，钢中含碳量不应低于0.04%（即应采用1Cr或0Cr代替00Cr）。因为当使用温度高于525℃时，钢中碳含量过低，强度和抗氧化性能会明显下降。因此，超低碳不锈钢和双相不锈钢不能用作耐热钢。

16、奥氏体不锈钢的焊接接头一般采用辐射检测，而不采用超声波检测。

17、奥氏体不锈钢制造的压力容器一般不需要焊后消除应力热处理。

18、奥氏体不锈钢在室温和低温下具有较高的塑性和韧性，并且无磁性。在多种介质中具有较高的耐腐蚀性，其中铬是抗氧化、耐腐蚀的基本元素。合金中碳含量的增加会降低耐腐蚀性，因此含碳量在0.08～0.12%左右的为高碳级不锈钢，钢号用“1”表示。碳含量0.03

19、不锈钢焊接过程中，焊缝热影响区极易产生晶间腐蚀，因此不锈钢

焊接钢件时，要求各连接件同时达到熔点。这对于厚度相等的板材来说很容易保证，但当两个连接部位相差很大时，应注意将厚板减薄。不锈钢的导热系数λ是碳钢的1/3～1/4，而线膨胀系数α是碳钢的1.5倍。因此，焊接时必须小心，否则会造成较大的残余应力和变形。

20、奥氏体不锈钢在427～870℃范围内缓慢冷却时，晶界上析出高铬碳化物Cr23C6，使碳化物邻近部位贫铬，产生晶间腐蚀倾向。该温度范围称为敏化范围。

21、可能引起奥氏体不锈钢晶间腐蚀的电解质主要是酸性介质，如工业醋酸、甲酸、铬酸、乳酸、硝酸（常温下的稀硝酸除外）、草酸、磷酸、盐酸、硫酸、亚硫酸、尿素反应介质等。对于旨在防止铁离子污染的奥氏体不锈钢设备，不进行晶间腐蚀倾向测试。 必需的。

预防措施：①固溶处理； ②降低钢中的碳含量； ③添加稳定碳化物的元素。

22、应力腐蚀：指应力（拉应力）与腐蚀介质（并在一定温度条件下）共同作用而引起金属的脆性开裂。可能导致应力腐蚀损坏的主要环境组合包括：

⑴.碳钢和低合金钢：碱溶液、硝酸溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸等；

⑵.奥氏体不锈钢：氯离子、氯化物蒸汽、湿硫化氢、碱液等；

⑶.含钼奥氏体不锈钢：碱溶液、氯化物水溶液、硫酸铜硫酸盐水溶液等；

⑷.黄铜：氨气及溶液、三氯化铁、湿二氧化硫等；

预防措施：焊后消除应力热处理。

23、氢气在常温常压下不会对铁碳合金造成氢腐蚀。当温度在200°C至300°C之间时，会发生“氢脆”。该金属在高温下与氢反应生成甲烷。甲烷气体会导致晶界间隙产生裂纹，降低材料的塑性。因此，如果使用温度<220℃，则无需考虑氢腐蚀。但与氢接触的设计温度≥200℃的压力容器用钢应按纳尔逊曲线选择，并应留有20℃以上的温度安全裕度以满足曲线要求。氢气中使用的碳钢和低合金钢焊后必须进行消除应力热处理。当压力很高（≥30MPa）时，也可直接采用中温耐氢钢，如15CrMoR、14Cr1MoR等。奥氏体不锈钢适合在氢气中使用，并且焊接后不需要消除应力热处理。

24、当所需不锈钢板厚度>12mm时，尽量采用衬里、复合、堆焊等结构形式。

25、在低温下（设计温度T≤-20℃），塑性金属材料会产生脆性破坏。目前，各国标准和规范均采用夏比V型缺口冲击试验来测试材料对脆性破坏的敏感性。

26、脆性转变温度是指：具有体心立方结构的金属具有冷脆性。随着温度降低，冲击韧性会显着下降，钢由延性状态转变为脆性状态。该转变温度称为脆性转变温度，单位为℃。面心立方金属，例如奥氏体不锈钢，没有脆性转变温度。一般压力容器用钢的脆性转变温度大约在-20℃以下。

27、碳钢、低合金钢冲击功应≥20J。工程上一般规定夏比V型缺口冲击吸收能降至20J时对应的温度视为材料的脆性转变温度。

28、低温钢的主要性能指标是低温韧性，包括低温冲击韧性和脆性转变温度。

29、低温钢的低温冲击韧性越高，即脆性转变温度越低，低温韧性越好。

30、压力容器的损坏通常发生在内压产生的机械应力达到容器材料的强度极限时。但当温度下降到一定范围时，容器壁内的应力将在未达到屈服极限甚至低于许用应力的情况下失效。相同材质和规格的容器，温度越低，容器的爆破压力越低。这种现象称为低应力脆性破坏。造成容器低应力失效的主要原因之一是钢材在低温下冲击功值显着下降。因此，低温钢的质量在很大程度上取决于使用温度下的冲击功。所有低温容器受压元件材料均须进行低温夏比（V 型缺口）冲击试验，钢材应逐批进行冲击试验复验。低温容器受压元件所用钢材必须是镇静钢。

31、奥氏体不锈钢常在低温条件下使用。

32、常用压力容器用钢的金相组织为：

①Q235-B：铁氧体； ②Q345R：铁素体加少量珠光体； ③OCr18Ni9：奥氏体。

33、锻件的等级为（从低到高）：I级、II级、III级、IV级。 III、IV级锻件需进行超声波探伤。压力容器锻件的等级不得低于二级。压力容器锻件等级的确定应考虑横截面尺寸和介质的毒性程度两个因素。例如，当介质为极度或高度危险时，所用锻件的等级不得低于Ⅲ级。用作缸体、封头的圆筒形、碗形锻件以及公称厚度>300mm的低合金钢锻件应为III级或IV级。非压锻件可采用I级。锻件的等级由设计单位确定，并应在图样上注明，如16MnⅡ。

34、GB/T8163适用于：P＜10MPa/T＜350℃，管壁δn≤10，非高度危险介质。

35、JB/T4237-2007《不锈钢热轧钢板及钢带》修改了原材料牌号：

①S30408替代0Cr18Ni9 304 A102 H0Cr21Ni10（氩弧焊丝）

② S30403替代00Cr19Ni10 304L A002 H00Cr21Ni10

③ S31608替代0Cr17Ni12Mo2 316 A202 H0Cr19Ni12Mo2

④ S31603替代00Cr17Ni14Mo2 316L A022 H00Cr19Ni12Mo2

⑤ S32168替代0Cr18Ni10Ti 321 A132 H0Cr20Ni10Ti

第三十六条压力容器专用钢板制造单位应当取得相应的特种设备制造许可证。取得许可的压力容器专用钢板，压力容器制造单位应当取得原始质量合格证。 （——新规定）

37、选择焊接材料时，需要考虑：

① 焊接相同钢种时，碳钢和碳锰低合金钢的焊缝金属不应超过母材金属标准。

抗拉强度上限。高合金钢的焊缝金属应保证机械性能和耐腐蚀性能。

② 不同钢种焊接在一起。强度等级较低的母材可选用碳钢和低合金钢。

焊接材料。碳钢、低合金钢和奥氏体不锈钢可采用铬、镍含量比奥氏体不锈钢低的钢。

焊接材料采用高基材不锈钢。

38、焊接II类、III类容器时不宜使用酸性焊条。应使用低氢碱性焊条。焊后需要进行热处理的容器还要求焊条的钒含量不得超过0.05%。

39、螺栓的硬度应比螺母高HB30，并可采用不同的钢材或不同的热处理状态。 （紧固件使用范围）

螺柱

钢号

螺母用钢

钢号

钢材标准

工作温度℃

其他限制

Q235-A

35

Q215-A

Q235-A

国标700

（热轧）

-19～300

适用于P＜10.0Mpa的容器。当密封要求较高时，工作温度应小于或等于200℃

40MnB,

40铬

35

35

国标699

（标准化）

-19～400

适用于P≥2.5Mpa容器，密封要求较高时，使用温度≤400℃

30CrMoA

35CrMoA

40锰

45

国标699

GB3077

-19～400

适用于P≥2.5Mpa容器，密封要求较高时，使用温度≤400℃