壓力容器所用的全部金屬材料要具有優良的性能,包括材料的力學性能、耐腐蝕性、耐高溫性和制作工藝等。每一種材料的性能都是固定不變的從性能比較的角度出發,常常會出現材料間的“優”和“劣”的問題。但每種壓力容器對材料性能的要求在不同情況下也是不一樣的。

材料代用中的“優”與“劣”判斷從實際出發,具體問題具體分析。

1） 壓力容器制作中,在強度、力學特征等機械能方面,其常用到的低合金鋼盡管明顯優于碳素鋼,但其冷加工性能與可焊性都比不過碳素鋼。一般來說,強度級別高的,其冷加工性能與可焊性就較差,二者負相關。所以在進行這方面的代用時,應相應調整焊接工藝,在熱處理時也可能會有相應變化,應給予充分重視。

2）材料代用時進行細致、周全的考慮,否則壓力容器實際使用中可能會出現各種安全隱患。比如處于濕硫化氫環境下及存在應力腐蝕開裂風險的設備中,容器對應力腐蝕開裂地敏感性隨容器使用的鋼材的強度級別的提高而增大,二者正相關。此時若將20R和Q235和20R系列的鋼材用16MnR等低合金鋼待用就極易產生問題,因此,此類“以優代劣”行徑在原則是行不通的,應當被禁止。鎮靜鋼在許多性能方面上,鎮靜鋼都比沸騰鋼要更占優勢,但在搪玻璃容器制造時,鎮靜鋼的搪瓷效果反而不如沸騰鋼好。

3）一般來說, 不銹鋼的耐腐蝕性較出色但在含有氯離子的環境下,其耐腐蝕性卻不如低合金鋼和碳素鋼。

4）和普通不銹鋼相比,超低碳不銹鋼雖然具有價格優勢和良好的耐腐蝕性,但前者的高溫熱強性卻更為出色。一般情況下,為了提高耐腐蝕性,需降低炭含量,而為了提高高溫性,則要提高炭的含量。故而,此種情況下的“以優代劣”,要尤其精確設計設備溫度,如有必要,應當重新計算。

“以厚代薄”常常使從平面應力狀殼體的受力態轉變為平面應變狀態,這對容器受力狀態來說,是有百害而無一利的,通常情況下,厚壁容器比薄壁容器更容易產生三向拉應力,進而產生平面應變脆性斷裂。

1）對原設計中封頭和筒體間等厚焊接的容器,若對容器殼體的個別部件進以厚代薄,很容易增加殼體的幾何不連續情況,從而使封頭和簡體間的連接部位受到的局部應力增加,此時,對于有應力腐蝕傾向的容器來說,會造成很大的損害。可能會導致疲勞裂紋,嚴重的可能造成疲勞斷裂。

2） 在厚板替代薄板時,常常導致連接結構發生相應改變,例如,簡體與加厚的封頭連接時,通常需要對封頭進行削邊處理。對以管道為主要簡體構成的設備,若增加筒壁厚度,在封頭與簡體的連接部位也須對簡體側實施內削邊處理。在厚度增加較大時,往往也關系到焊接工藝的變化。

3）容器殼體整體層面上的“以厚代薄”,雖然并不會造成簡體連接處和封頭的局部應力增加,但不了避免地,仍會導致不良影響。(1)厚度增加后,原來的殼體設計中的探傷方式和焊接工藝也要進行相應的改變,增加難度;(2)殼體厚度的增加必然使容器的重量加大,當容器重量增加過大時,必然會對容器的基礎和支座產生不利影響;(3)對殼體同時具有傳熱作用的容器,殼體厚度的增加肯定會影響其傳熱效果。

進行材料代用時, 應根據實際用材情況對焊接工藝進行適當的調整,一般調整原則為:用高級材料替代低級材料時,實驗和驗收仍可采用低級材料的標準,不用提高標準;不同材料的耐高溫性、韌度等性能不同時, 進行最低水壓實驗時, 其相應的溫度也可能發生改變,此時,要嚴格按 GB150 的相關規定執行;當板厚增加超過 GB150所規定的冷卷厚度時,一定要對筒體進行消除應力的熱處理;鋼板的厚度達到一定水平時,還需要進行超聲探傷,必要時,提高水試驗的壓力。

在材料的機械性能要求上,在考慮材料強度的同時,也應考慮其韌性,在韌性滿足的條件下,則應盡可能提高其強度。從這個角度上來說,在壓力容器材料選擇上要正確界定“優”和“劣”,不要單純的從材料的厚度和強度來考慮,而要進行綜合辨析和考慮。