固定式压力容器安全技术监察规程 第2章：材料.ppt

固定式压力容器安全技术监察规程第2章 材料主讲人：徐德昆 2材料 2.1 通用要求 (1)压力容器的选材应当考虑材料的力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能；(2)压力容器用材料的质量、规格与标志，应当符合相应材料的国家标准或者行业标准的规定，其使用方面的要求应当符合本规程引用标准的规定；(3)压力容器专用钢板（带）的制造单位应当取得相应的特种设备制造许可证；固定式压力容器安全技术监察规程固定式压力容器安全技术监察规程 2.3 化学成分（熔炼分析）2.3.1 用于焊接的碳素钢和低合金钢 碳素钢和低合金钢钢材，C0.25、P0.035、S0.035。2.3.2 压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢 压力容器专用钢中的碳素钢和低合金钢钢材（钢板、钢管和钢锻件），其磷、硫含量应当符合以下要求：(1)碳素钢和低合金钢钢材基本要求，P0.030、S0.020；(2)标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材，P0.025、S0.015；(3)用于设计温度低于-20并且标准抗拉强度下限值小于540MPa的钢材，P0.025、S0.012；(4)用于设计温度低于-20并且标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材，P0.020、S0.010。固定式压力容器安全技术监察规程（释义）释义：一、磷、硫含量的规定 本规程2.3.1条是对压力容器受压元件所有用于焊接的碳素钢和低合金钢在碳、磷、硫方面的最低技术要求。从国际上承压设备用碳素钢和低合金钢钢材标准的发展趋势来看，随着冶金水平的提高，钢中磷、硫含量限制得越来越严格。99版容规第11条中“压力容器专用钢材的磷含量（熔炼分析，下同）不应大于0.030，硫含量不应大于0.020”的规定。2000年发布了GB 6654第2号修改单和GB 3531第1号修改单。钢中磷、硫含量的降低，提高了容器板和低温容器板冲击功的实物水平，从而也提高了压力容器的安全性。固定式压力容器安全技术监察规程（释义）JB 4728压力容器用不锈钢锻件系压力容器专用钢材标准，该标准中奥氏体不锈钢锻件P0.035，已优于国外相应标准P0.045的规定，提高要求不一定合理和可行。现2.3.2改为“压力容器专用钢中碳素钢和低合金钢钢材”比较合理。本规程中有关磷、硫含量的规定反映了我国承压设备用钢材标准的技术进步，对较高强度、较低使用温度的钢材提出了比99版容规第11条更为严格的规定。这些新指标与确定钢材许用应力的安全系数由3.0降低到2.7相适应。固定式压力容器安全技术监察规程 2.4 力学性能 2.4.1冲击功 厚度不小于6mm的钢板、直径和厚度可以制备宽度为5mm小尺寸冲击试样的钢管、任何尺寸的钢锻件，按照设计要求的冲击试验温度下的V型缺口试样冲击功（KV2）指标应当符合表2-1的规定。表2-1 碳素钢和低合金钢（钢板、钢管和钢锻件）冲击功（注2-1）钢材标准抗拉强度下限值钢材标准抗拉强度下限值Rm（MPa）3个标准试样冲击功平均值个标准试样冲击功平均值KV2（J）4502045051024510570315706303463069038注：注：(1)试样取样部位和方法应当符合相应钢材标准的规定；(2)冲击试验每组取3个标准试样（宽度为10mm），允许1个试样的冲击功数值低于表列数值，但不得低于表列数值的70；(3)当钢材尺寸无法制备标准试样时，则应当依次制备宽度为7.5mm和5mm的小尺寸冲击试样，其冲击功指标分别为标准试样冲击功指标的75和50；(4)钢材标准中冲击功指标高于表2-1规定钢材，还需要符合相应钢材标准的规定。固定式压力容器安全技术监察规程 2.4.2 断后伸长率 (1)压力容器受压元件用钢板、钢管和钢锻件的断后伸长率应当符合本规程引用标准以及相应钢材标准的规定；(2)焊接结构用碳素钢、低合金高强度钢和低合金低温钢钢板，其断后伸长率（A）指标应当符合表2-2的规定；表2-2 钢板断后伸长率指标（注2-2）注2-2：对钢板标准中断后伸长率指标高于本表规定的，则还应当符合相应钢板标准的规定。(3)采用不同尺寸试样的断后伸长率指标，应当按照GB/T 17600.1钢的伸长率换算 第1部分：碳素钢和低合金钢和GB/T 17600.2钢的伸长率换算 第2部分：奥氏体钢进行换算，换算后的指标应当符合本条规定。钢板标准抗拉强度下限值Rm（MPa）断后伸长率A（）420234205502055068017固定式压力容器安全技术监察规程 2.5 钢板超声检测 2.5.1 检测要求 厚度大于或者等于12mm的碳素钢和低合金钢钢板（不包括多层压力容器的层板）用于制造压力容器壳体时，凡符合下列条件之一的，应当逐张进行超声检测：(1)盛装介质毒性程度为极度、高度危害的；(2)在湿H2S腐蚀环境中使用的；(3)设计压力大于或者等于10MPa的；(4)本规程引用标准中要求逐张进行超声检测的。2.5.2 检测合格标准 钢板超声检测应当按照JB/T 4730承压设备无损检测的规定进行。符合本规程2.5.1 第(1)项至第(3)项的钢板，合格等级不低于级；符合本规程2.5.1第(4)项的钢板，合格等级应当符合本规程引用标准的规定。GB2970的关系。钢管订货。固定式压力容器安全技术监察规程（释义）99版容规第14条中未注明应当逐张进行超声检测的钢板最小厚度。钢板超声检测标准JB/T 4730.3适用的钢板最小厚度为6mm，而GB 150和GB 7132008中钢板的最小厚度为3mm。由于钢板厚度较薄时，由板坯轧制成钢板的压缩比很大，钢板总体质量较好。加之近年来承压设备用钢板标准的技术水平有了很大提高，在GB 7132008中，技术要求最低的Q245R和Q345R钢板，化学成分中P0.025、S0.015，为获得高质量的钢板奠定了基础。再结合我国中厚板厂的实际生产情况，新条文中增加了“厚度大于或者等于12mm”的规定。我国多层压力容器用层板，其厚度在6mm至16mm之间，近50年来，从未要求进行超声检测。因此，在新条文中注明超声检测不包括多层压力容器的层板。压力容器设计时，有时设计委托单位不能确切提供介质中硫化氢含量，为保险起见，设计者可以在设计文件中要求对钢板逐张进行超声检测。固定式压力容器安全技术监察规程 2.7 压力容器用有色金属 2.7.1 通用要求 压力容器用有色金属（铝、钛、铜、镍及其合金等）应当符合以下要求：(1)用于制造压力容器的有色金属，其技术要求符合本规程引用标准的规定，如有特殊要求，需要在设计图样或者相应的技术文件中注明；(2)压力容器制造单位建立严格的保管制度，并且设专门场所，与碳钢、低合金钢分开存放。固定式压力容器安全技术监察规程 2.8 复合钢板 压力容器用复合钢板应当按照本规程引用标准的规定选用，并且符合以下要求：(1)复合钢板复合界面结合剪切强度，不锈钢钢复合板不小于210MPa，镍钢复合板不小于210MPa，钛钢复合板不小于140MPa，铜钢复合板不小于100MPa；(2)复合钢板基层材料的使用状态符合本规程引用标准的规定；(3)碳素钢和低合金钢基层材料（包括钢板和钢锻件）按照基层材料标准的规定进行冲击试验，冲击功合格指标符合基层材料标准或者订货合同规定。固定式压力容器安全技术监察规程 2.9 境外牌号材料的使用 2.9.1 境外材料制造单位制造的材料 (1)境外牌号材料应当是境外压力容器现行标准规范允许使用并且境外已经有使用实例的材料，其使用范围应当符合境外相应产品标准的规定，如本规程引用标准列有相近化学成分和力学性能的牌号时，其使用范围还应当符合本规程引用标准的规定；(2)境外牌号材料的技术要求不得低于境内相近牌号材料的技术要求（如磷、硫含量，冲击试样的取样部位、取样方向和冲击功指标，断后伸长率等）；(3)材料质量证明书应当符合本规程2.1的规定；固定式压力容器安全技术监察规程(4)压力容器制造单位应当对进厂材料与材料质量证明书进行审核，并且对材料的化学成分和力学性能进行验证性复验，符合本规程及其相应材料标准的要求后才能投料使用；(5)用于焊接结构压力容器受压元件的材料，压力容器制造单位在首次使用前，应当掌握材料的焊接性能并且进行焊接工艺评定；(6)标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa，以及用于压力容器设计温度低于-40的低合金钢钢材，材料制造单位还应当按照本规程1.9的规定通过技术评审，其材料方可允许使用。142023/1/22固定式压力容器安全技术监察规程2.9.2 境内材料制造单位制造的钢板（带）境内材料制造单位制造的境外牌号钢板（带），应当符合本规程2.9.1的各项要求。对2.9.1(6)以外的钢板（带），还应当通过技术审查，审查内容包括材料制造单位的相关条件和钢板（带）的制造或者试制技术文件（包括供货技术条件）。固定式压力容器安全技术监察规程(释义)释义：新条文将采用境外牌号的材料分为境外材料制造单位生产的材料和境内材料制造单位生产的材料两大类别，分别予以规定。相对于原条文第1款，在本规程2.9.1(1)中增加了“如本规程引用标准列有相近化学成分和力学性能的牌号时，其使用范围还应当符合本规程引用标准的规定”。这样使境外牌号材料的使用范围规定得更为合理。如美国ASME SA516Gr.70钢板，在ASME锅炉和压力容器标准VIII-1中，其使用温度上限为538。而我国压力容器中最广泛使用碳锰钢板Q345R，在GB 150中该钢板的使用温度上限为475。因此如选用ASME SA516Gr.70钢板制造在境内使用的压力容器时，正常操作工况条件下其使用温度上限也只能为475。固定式压力容器安全技术监察规程(释义)n根据工艺条件的要求，如反应容器的触媒再生时，要求容器在短时间的高温（如超过475而不大于538，同时较低压力）条件下运行还是允许的。相对于原条文第3款，在本规程2.9.1(2)中增列了材料技术指标的主要项目（磷、硫含量，冲击功、断后伸长率的有关规定），便于各有关单位贯彻实施。本规程2.9.1第（6）项所规定的两大类钢材，其技术要求均较高，从压力容器使用安全性考虑，应对其进行技术评审。162023/1/22固定式压力容器安全技术监察规程 2.9.3 境外牌号材料的选用 设计单位若选用境外牌号的材料，应当在设计文件中充分说明其必要性和经济性。本次修订新增加要求“2.9.3 设计单位若选用境外牌号的材料，应当在设计文件中充分说明其必要性和经济性。”该规定主要针对境内设计单位（制造单位）所设计的在中华人民共和国境内使用的压力容器，鼓励使用中国标准中规定的材料，严格控制境外牌号材料的选用，如果必须选用，则应当在设计文件中充分说明其必要性和经济性，如国产材料的牌号、规格和性能难以满足工程要求、性能价格比较结果、特殊客户（国外客户）的特殊要求等。固定式压力容器安全技术监察规程n 2.10 新材料的使用 2.10.1 未列入本规程引用标准的材料 压力容器主要受压元件采用未列入本规程引用标准的材料，试制前材料的研制单位应当进行系统的试验研究工作，并且应当按照本规程1.9的规定通过技术评审，该材料方可允许使用。2.10.2 已列入本规程引用标准的材料 对已列入GB 150或者JB 4732的标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材，以及用于压力容器设计温度低于-40的低合金钢钢材，如果钢材制造单位没有该钢材的制造或者压力容器应用业绩，则应当进行系统的试验研究工作，并且按照本规程1.9的规定通过技术评审，该钢材方可允许使用。固定式压力容器安全技术监察规程(释义)释义：该条将新材料划分为未列入本规程引用标准的材料和已列入本规程引用标准的材料两大类型。对未列入本规程引用标准的材料，现条文取消了“包括国外没有应用实例的进口材料”，没有应用实例的进口材料是不允许在我国进行首次试用的。对已列入本规程引用标准的2.10.2所规定的两类钢材，根据我国的实践经验，这些钢材的制造工艺较复杂，钢材的技术要求也较高，其所制造的压力容器的重要性也较大。钢材制造单位除应当进行系统的化学成分、冶炼、浇注、轧制、热处理工艺的试验研究外，还应当进行压力容器制造工艺参数（冷热成形、焊接、热处理）对钢材性能的影响。我国压力容器用新钢材的应用实践中，由于一些钢材制造单位的试验研究工作不够深入，多次导致虽然钢材性能可以满足有关标准的规定，但其制造的压力容器产品质量（特别是焊接热影响区冲击功）不能满足压力容器产品标准的技术要求。固定式压力容器安全技术监察规程（释义）因此，对于上述两类钢材，如钢材制造单位没有制造经验和在压力容器的使用业绩，仍应按新材料对待。以抗拉强度下限值为610MPa的CF62钢板为例，该系列钢板由通用机械研究所提出研究任务，原冶金部于1980年正式列题，由武汉钢铁公司负责钢板的研制工作。该系列钢板于1985年通过了原冶金部组织的技术鉴定，1986年开始试用于制造200m3的氧气球罐，随后逐步推广应用。该系列钢板于1989年列入了GB 150，1995年列入了JB 4732，2003年列入了GB 19189压力容器用调质高强度钢板。很显然，除了武汉钢铁公司外，其他钢板制造厂如制造该系列钢板，仍应按新材料对待。2006年6月至2009年5月宝钢、舞阳和湖南华菱湘潭钢铁有限公司相继通过了由全国锅容标委会组织的上述系列钢板的技术评审。固定式压力容器安全技术监察规程 2.11 材料投用和标志移植 (1)压力容器制造单位应当通过对材料供货单位进行考察、评审、追踪等方法，确保所使用的压力容器材料符合本规程的要求，并且在材料进厂时审核材料质量证明书和材料标志；(2)对于采购的第类压力容器用级锻件，以及不能确定质量证明书的真实性或者对性能和化学成分有怀疑的主要受压元件材料，压力容器制造单位应当进行复验，符合本规程及其相应材料标准的要求后方可投料使用；(3)用于制造压力容器受压元件的材料在分割前应当进行标志移植。固定式压力容器安全技术监察规程 2.12 焊接材料 (1)用于制造压力容器受压元件的焊接材料，应当保证焊缝金属的力学性能高于或者等于母材规定的限值，当需要时，其他性能也不得低于母材的相应要求；(2)焊接材料应当满足相应焊材标准和本规程引用标准的要求，并且附有质量证明书和清晰、牢固的标志；(3)压力容器制造单位应当建立并且严格执行焊接材料验收、复验、保管、烘干、发放和回收制度。固定式压力容器安全技术监察规程 2.13 材料代用 压力容器制造或者现场组焊单位对主要受压元件的材料代用，应当事先取得原设计单位的书面批准，并且在竣工图上做详细记录。固定式压力容器安全技术监察规程（释义）在压力容器的建造中，有必要详细地论证材料代用的可行性，慎重考虑：代用材料对工作介质的相容性：如应力腐蚀、晶间腐蚀等；代用材料的设计温度下的许用应力是否达到原设计的要求；代用材料是否会产生如改变焊接材料、焊接工艺等；代用材料是否会产生诸如改变热处理状态、无损检测及焊接试板等要求。这些问题应该由设计单位依据容器的设计条件综合考虑确定为妥。钢板代锻件。