超高压容器结构材料选用原则及主要性能指标

选择原则

超高压容器的工作条件比较恶劣，除了承受高压外，还常常伴随有交变载荷或冲击载荷，有时还伴有高温和介质腐蚀。因此，为保证超高压容器的安全，正确选择结构材料非常重要。超高压容器结构材料的选择除应满足一般压力容器材料选择的要求外，还应特别注意材料强度与塑性、断裂韧性、疲劳强度、可锻性、硫磷含量等的合理匹配。

超高压容器用钢的主要性能指标如下。

强度和塑性

在选择超高压容器材料时，不能只考虑强度，认为材料强度越高越好。材料强度提高时，往往会降低塑性和韧性，导致脆性断裂的危险性。因此，提高强度有一个限度，一般屈强比在0.8~0.9范围内。有时，在满足塑性和韧性要求的情况下，应降低强度，使材料有足够的韧性储备，以吸收局部高的峰值应力，抵抗冲击载荷。

断裂韧性

超高压容器在制造、加工和使用过程中不可避免地会出现一些缺陷。由于缺陷的存在，低应力脆性断裂的不可预测倾向将会增加。为了避免容器出现低应力脆性断裂，材料必须具有较高的断裂韧性。通过强度和断裂韧性试验发现，不同的冶炼方法对材料强度影响不大，而对断裂韧性影响较大。在空气中冶炼的钢的断裂韧性最差，而在真空加电渣重溶解或真空自耗电极重溶解冶炼的钢的断裂韧性最高。因此，在选用材料时，必须注意钢的冶炼方法。

疲劳强度

在超高压容器设计中，壁面应力水平较高，选用疲劳强度高的材料十分重要。钢中非金属夹杂物、磷、硫的存在，会大大降低材料的疲劳强度。据推论，当钢中含有的夹杂物缺陷大于壁厚的3%时，其疲劳强度将下降33%。尤其要重视椭圆形或球形夹杂物，不允许出现延伸型夹杂物。因此，在选用材料时，必须尽可能地降低夹杂物的含量，而真空冶炼是降低夹杂物含量最有效的手段。

钢中磷、硫含量对钢的韧性和各向异性也有明显的影响，高强度钢中夹杂物越多，各向异性程度越大，另外钢中化学成分偏析也是构成各向异性的因素，因此，应严格控制超高压容器锻件中磷、硫含量。