钢材的选用应根据设备的设计压力、设计温度和介质特性而定。 所选材料在设计条件下应具有良好的机械性能、耐腐蚀性能、良好的焊接性能和冷热加工性能。 另外,应选择最经济的材料,降低设备成本。
1、化工、石化设备常用钢材按化学成分和金相组织分类定义如下:
1.碳钢
锰含量小于或等于1.2%,碳含量小于或等于2.0%,且未有意添加其他合金元素的铁碳合金。 低碳钢一般是指含碳量小于或等于0.25%的碳钢。 考虑到钢材的焊接性能,用于焊接结构受压元件的钢材的含碳量不应大于0.25%。 也就是说,焊接压力容器所用的碳钢全部是低碳钢。 本选材原则中提到的碳钢均为低碳钢。
2、低合金钢
低合金钢是低合金高强度钢和珠光体耐热钢的总称。 其中,低合金高强度钢是指合金含量低于3.0%的合金钢,主要目的是提高钢的强度,改善综合性能。 例如:16MnR、15MnV等。
3、珠光体耐热钢
是指以提高钢的耐热性和抗氢性为主要目的,添加铬Cr≤10%、钼等合金元素的低碳珠光体耐热钢。 例如:钢材等。
4、奥氏体不锈钢
室温下金相组织大部分为奥氏体不锈钢。 例如:,。
5、铁素体不锈钢
室温下金相组织主要为铁素体的不锈钢。 例如:。
6、马氏体不锈钢
室温下的金相组织大部分为马氏体不锈钢。 例如:Cr13。
制造压力容器所用材料应符合GBT 150《钢制压力容器》的规定。 特定钢种的使用温度上限是许用应力表中提供特定许用应力值的最高温度。 国内与ASME-II类似钢种的化学成分、常温力学性能、供货状况等可在相关标准中查到。
2、各类钢材选用的一般原则:
从采购和制造的角度来看,集装箱选用的钢材应尽可能组合品种和规格。
⑴ 碳钢
Q235-A、F、Q235-A、Q235-B、Q235-C钢号的选用条件必须符合GB150的具体规定。
当受压元件壁厚小于8mm时压力容器钢材,应尽可能采用碳钢板。 当压力元件的壁厚取决于刚度时,优选碳钢。
⑵ 低合金钢
当受压元件壁厚取决于强度时,应按适用范围依次选用低碳钢和低合金钢。 即20R、16MnR等钢板。
碳钢和碳锰钢在425℃下长期使用时,由于钢中渗碳体的分解,出现碳化物相的石墨化倾向,使材料的强度、塑性和冲击韧性降低,并且钢材明显变脆,无法使用。 使用。 必须采用低碳珠光体耐热钢。
⑶ 珠光体耐热钢
珠光体耐热钢一般用作设计温度高于350℃的耐热钢或耐氢钢。
⑷奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢主要用于耐材料腐蚀或要求材料清洁、不受铁离子污染的工况条件。
奥氏体不锈钢一般不用作设计温度高于500℃的耐热钢。
只有当无法选用低合金钢作为低温钢时,一般才采用奥氏体不锈钢作为低温钢。
当要求厚度大于12mm时,应优先选用奥氏体不锈钢复合钢。
⑸ 低温钢
当设计温度低于或等于-20℃时,一般应选用低温钢(低应力除外)。
如果钢材在材料的脆性转变温度以下使用,应力达到一定值,材料就会发生脆性破坏。 如果材料在使用温度下具有一定的韧性,就可以避免脆性破坏。 实际生产中,采用冲击试验方法来测量材料的韧性,并根据材料的拉伸强度规定相应的冲击值要求。 低温用钢材除满足抗拉强度和屈服强度要求外,还必须满足冲击韧性要求。
⑹ 耐腐蚀钢
耐氢腐蚀钢——珠光体耐热钢作为高温耐氢钢时压力容器钢材,由于在高温下长期使用,钢中溶解的氢与碳反应生成甲烷,可引起内部腐蚀。甚至钢材出现裂纹。 开裂(即氢脆)。 为此,在高温含氢工况下,应根据材料的氢分压(设计压力乘以氢的体积百分比)和设计温度来校核尼尔森曲线,以确定适合的钢级对于这种工作状态。 可以找到纳尔逊曲线。
⑺ 非受压元件用钢
GB150规定了压力容器用钢,但对非受压元件没有明确规定。 对非受压元件钢材的选用提出如下规定:
根据元件的工作温度下限、重要性和压力,按下列规定选择相应的系数K1、K2、K3。
采用高温度系数K1:
T>0℃,K1=1; 0℃≤T>-20℃,K1=2; -20℃≤T,K1=3。
重要性系数K2:
如果有损坏,也只会对设备产生部分影响,K2=1; 如果有损坏,就会对整个设备产生影响,K2=2。
应力水平系数K3:
应力水平较低,K3=1;
应力水平小于或等于许用应力的2/3,K3=2;
应力水平大于许用应力的2/3,K3=3。
K= K1+ K2 + K3
根据板厚和K值,从下表中查出应使用的钢号。
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