壓力容器材料的控制管理

一、材料的“以優代劣”
　　壓力容器用金屬材料的主要性能，包括力學性能、化學性能、物理性能和工藝性能。材料性能對于某種材料而言，是確定不變的。一種材料在某一方面的性能“優”于另一種材料的同時，有可能在其它方面“劣”于另一種材料，在不同的情況下，人們對材料性能的需求是千變萬化的，在材料代用問題上的“優”、“劣”判斷，只能具體問題具體分析，這方面的事例在壓力容器中是常見的。
　　(1)壓力容器用低合金鋼雖然強度等機械性能方面的指標要優于碳素鋼，但是其可焊性、冷加工性能卻不如碳素鋼好，因為一般強度級別越高，其可焊性和冷加工性能就越差。
　　(2)壓力容器用低合金鋼抗應力腐蝕性能卻不如碳素鋼好。材料代用時如果考慮不周，將會給壓力容器的   使用留下隱患。如在有應力腐蝕開裂傾向和濕H2S環境的設備中，隨著壓力容器用鋼強度級別的提高，相應地對應力腐蝕開裂的敏感性加大，在這種情況下用Q345R等低合金鋼代替Q245R及Q235系列鋼，會   容易出現問題，原則上這類“以優代劣”是不允許的。
　　(3)鋼在許多方面的性能都優于沸騰鋼，但是當用于制造搪瓷玻璃容器時，沸騰鋼的搪瓷效果反而比鋼好。
　　(4)對于膨脹節、爆破片和撓性管板這類零件，原則上不允許以“優”代“劣”，否則應按代用材料重新計算，對其厚度適當減薄，否則將有可能導致這些元件及相鄰部位失效。
　　(5)不銹鋼也有其耐蝕性能不如碳素鋼和低合金鋼的場合，如含Cl-介質的工況。
　　(6)超低碳不銹鋼的價格和性能，雖然優于普通不銹鋼，但是其高溫熱強性卻不如普通不銹鋼，碳在奧氏體不銹鋼中具有兩重性。從性來說，需要降低含碳量；而從性能來說，則需要適當提高含碳量，在進行此類“以優代劣”時，要特別注意設備的設計溫度，   時需重新進行計算。
　　總之，壓力容器產品材料不能隨便地“以優代劣”，如主要受壓元件發生這方面的材料代用時，制造單位   取得原設計單位同意修改的書面證明文件，并且在改動部位作詳細記載，同時進行相應的焊接工藝評定。
　　二、材料的“以厚代薄”
　　材料的“以厚代薄”，往往使殼體的受力由平面應力狀態向平面應變狀態轉變，對容器的受力狀態而無利，厚壁容器   容易產生三向拉應力的平面應變脆性斷裂。
　　(1)對于原設計中筒體與封頭之間為等厚度焊接的容器，如對容器殼體個別部件進行“以厚代薄”(如僅增加封頭厚度，而筒體厚度不變)時，勢必增加容器殼體的幾何不連續程度，從而引起應力集中，使封頭與筒體連接部位的局部應力增大，對有應力腐蝕傾向的容器有很大危害；對于受交變載荷的容器，則有可能引起疲勞裂紋甚至疲勞斷裂。
　　(2)當厚板代薄板時，往往要引起連接結構的變化，如加厚的封頭與筒體的連接，往往都   對封頭進行削邊處理。對于用管道做筒體的設備，當筒體壁加厚時，筒體與封頭的連接處，有時也   對筒體側作削邊處理。對于筒體與管板及平蓋的對焊連接結構，也同樣存在這些問題。當厚度增加較多時，常常還涉及到焊接結構的變化，如接管與殼體焊縫及對接焊縫都有可能從原來的單V型改為X型坡口。
　　(3)對于容器殼體整體上的以厚代薄，雖然不會使筒體與封頭連接部位的局部應力增加，但是仍會造成以下幾種不利影響：一是殼體厚度增大后，原設計選用的焊接方式、檢測方法等可能相應發生變化；二是殼體增厚勢必增加容器的重量，于是將對容器的支座和基礎不利：三是對于殼體兼作傳熱部件的容器，增加殼體厚度會影響換熱容器的傳熱效果。
　　(4)鋼板許用應力與其厚度密切相關，從GB150中可見，鋼材隨著板厚的增加，材料許用應力呈下降趨勢。如Q345R在20~150℃下，板厚從16mm增加到18mm時，許用應力由170MPa下降到163MPa；Q245R在150℃下，板厚從16mm增加到18mm時，許用應力由132MPa下降到126MPa。厚代薄有可能導致強度不足。因此，當處于這些臨界狀況下的厚代薄時，還   對強度進行驗算。
　　(5)對于膨脹節、波紋管、撓性薄管板和薄管板等元件，原則上不應采用厚代薄，因為隨著元件的加厚，其剛性相應增大，從而削弱了補償變形效果。
　　因此，“以厚代薄”也   像其它形式的材料代用那樣，“事先取得原設計單位的設計修改證明文件，對改動部位應作詳細記載……”，由設計單位來綜合考慮以厚代薄造成的種種不利影響，決定是否可行并對可實施以厚代薄的容器的焊接工藝、檢測方法、支座、基礎等作適當的調整，以或減少各種不利影響。