辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学 化机系化机系
MATERIALS FOR PRESSURE VESSELS
AND INFLUENCES OF
ENVIRORMENT AND TIME
ON PROPERTIES OF THESE MATERIALS
3.压力容器用材
以及环境和时间对其材料性能的影响
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压力容器设计
正确的设计计算（包括强度、刚度
和稳定性）计算，将力学响应限制
在材料的许用范围内。
合理的材料选择
时间、环境的劣化作用
（充分考虑）
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● ● 压力容器材料压力容器材料
压力容器常用钢材
有色金属和非金属
● ● 压力容器制造工艺对钢材性能的影响压力容器制造工艺对钢材性能的影响
塑性变形
焊接
本章主要内容
热处理
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● ● 压力容器材料选择压力容器材料选择
压力容器用钢的基本要求
压力容器钢材的选择
● ● 环境对压力容器用钢性能的影响环境对压力容器用钢性能的影响
温度
介质
加载速率
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压力容器材料
压力容器常用钢材
有色金属和非金属
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压力容器常用钢材
一、钢材形状 主要是板、管材和锻件
（1）钢板
壳体、封头、板状构件等
下料、卷板、冲压、焊接、热处理
较高的强度、良好的塑性、韧性、
冷弯性能和焊接性能
主要用途：
加工要求:
性能要求：
GB3531 低温压力容器用低合金钢钢板
GB6654 压力容器用钢板
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（2）钢管
接管、换热管等
无缝钢管、直缝钢管和螺旋焊缝钢管
下料、焊接、热处理
较高的强度、良好的塑性、
韧性、焊接性能
主要用途：
主要类型：
加工要求:
性能要求：
请比较各类钢管的优缺点
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（3）锻件
高压容器的平盖、端部法兰与长颈对
焊法兰等
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。级别
越高， 要求检验项目越多，越严格，
价格越高。
主要用途：
分 级：
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二、钢材类型
碳素钢
低合金钢
高合金钢
（按化学成分分类）
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1、碳素钢
含碳量小于％的铁碳合金，含有少量的硫、磷、硅、氧、氮等元素。
压力容器
用钢
优质碳素结构
钢
压力容器专用钢
板
Q235-B、Q235-C钢板；
10、20钢钢管；
20、35钢锻件。
20R （R表示压力容器专用钢板）
强度低，塑性和可焊性较好价格低廉；
常用于常压或中、低压容器；
也做垫板、支座等零部件材料。
20R的特点
和应用场合：
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2、低合金钢
◆是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超
过3%），具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐
腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。
特点及优点
◆采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，
节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运
输、安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。
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压力容器常用低合金钢：
16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR;
07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR
16Mn、09MnD;
16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、
-1Mo。
（D表示低温用钢）
钢板
钢管
锻件
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应用介绍
1、16MnR
◆屈服点 为340MPa级的压力容器专用钢板
◆是我国压力容器行业使用量最大的钢板
◆具有良好的综合力学性能、制造工艺性能
◆主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器
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应用介绍
2、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR
◆低温压力容器用钢，工作在-20℃及更低温度的压力容器专用钢板
16MnDR
可用于-40 ℃的钢种
液氨储罐等设备
（降低碳含量，并加镍和微量钒）
15MnNiDR
提高了低温韧性
-40 ℃级低温球形容器
09MnNiDR
-70 ℃级低温压力容器用钢
用于制造液丙烯（ ℃）、液硫化氢（-61 ℃ ）等设
备 14
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应用介绍
3、15CrMoR
◆低合金珠光体热强钢
◆中温抗氢钢板
◆用于制造壁温不超过560 ℃的压力容器
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应用介绍
4、20MnMo、 09MnNiD、 -1Mo锻件锻件
20MnMo
常制造使用温度为-40～470 ℃
的重要大中型锻件
良好的热加工和焊接工艺性能
09MnNiD良好的低温韧性
常制造使用温度为-40～45 ℃
的低温容器
较高的热强性、抗氧化性和
良好的焊接性能
常制造高温（350～480 ℃）、
高压（ ～25MPa）、临氢压
力容器
-1Mo
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3、高合金钢
压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多是耐腐蚀、
耐高温钢
铬钢
铬镍钢
铬镍钼钢
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（1）铬钢
但不耐硫酸、盐酸、热
磷酸等介质的腐蚀
0Cr13是常用的铁
素体不锈钢
有较高的强度、塑性、韧性
和良好的切削加工性能
在室温的稀硝酸以及弱有
机酸中有一定的耐腐蚀性
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（2）铬镍钢
0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10这三种钢均属于奥氏体不锈钢。
但长期在水及蒸汽中工作时，0Cr18Ni9有晶间腐蚀晶间腐蚀倾向，
并且在氯化物溶液中易发生应力腐蚀应力腐蚀开裂。
0Cr18Ni9
在固溶态，具有良好的塑性、韧性、冷加工性，在
氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐腐蚀性亦佳
具有较高的抗晶间腐蚀能力，可在-196℃～600℃温度范围内长期使用。
0Cr18Ni10Ti
为超低碳不锈钢，具有更好的耐蚀性。
00Cr19Ni10
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（3）铬镍钼钢：
耐应力腐蚀、小孔腐蚀的性能良好，适
用于制造介质中含氯离子的设备。
00Cr18Ni5Mo3Si2
是奥氏体-铁素体双
相不锈钢
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复合板
基层：与介质不接触，主要起承载作用，通常为碳素钢和低合金钢。
复层：与介质直接接触，要求与介质有良好的相容性，通常为不锈
钢、钛等耐腐蚀材料，其厚度一般为基层厚度的1/10~1/3。
复合板应用特点：
①用复合板制造耐腐蚀压力容器，可大量节省昂贵的耐腐蚀材料，
从而降低压力容器的制造成本。
②复合板的焊接比一般钢板复杂，焊接接头往往是耐腐蚀的薄弱
环节，因此壁厚较薄、直径小的压力容器最好不用复合板。
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压力容器零部件间焊接还需要焊条、焊丝、焊剂、电极和
衬垫等焊接材料。
一般应根据待连接件的化学成分、力学性能、焊接性能，
结合压力容器的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料，
必要时还应通过试验确定。
压力容器用钢的焊接材料可参阅有关标准。
焊接材料：
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有色金属和非金属
一、有色金属
使用状态： 在退火状态下的强度比较稳定，一般都在退火状
态下使用
选用时应注意选择同类有色金属中的合适牌号
压力容器常用
有色金属：
铜及其合金
铝及其合金
镍及镍合金
钛及钛合金
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在没有氧存在的情况下，铜在许多非氧化性
酸中都是比较耐腐蚀的。但铜最有价值的性能是
在低温下保持较高的塑性及冲击韧性，是制造深
冷设备的良好材料。
1、铜及其合金
特性：
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2、铝及其合金
特性： ◆铝很轻（密度约为钢的三分之一），耐浓硝酸、醋酸、
碳酸、氢铵、尿素等，不耐碱；
◆在低温下具有良好的塑性和韧性；
◆使用温度范围为-269~200℃；
◆有良好的成型和焊接性能。
应用： 可用来制作压力较低的贮罐、塔、热交换器，防止
污染产品的设备及深冷设备
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3、镍及镍合金
特性： 在强腐蚀介质中比不锈钢有更好的耐腐蚀性，
比耐热钢有更好的抗高温强度，最高使用温度可
达900℃。
应用： 由于价格高，一般只用于制造特殊要求的压力容器。
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4、钛及钛合金
特性： ◆对中性、氧化性、弱还原性介质耐腐蚀，
如湿氯气、氯化钠和次氯酸盐等氯化物溶液；
◆具有密度小（=4510kg/m3）、强度高（相当于20R）、
低温性能好、粘附力小等优点；
◆但单位质量价格高，比一般钢材高20倍左右；
◆使用温度仅限于350℃以内。
应用： 在介质腐蚀性强、寿命长的设备中应用，可获
得较好的综合经济效果。
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二、非金属材料
用途：它既可以单独用作结构材料，也可用作金属材料保护衬
里或涂层,还可以用作设备的密封材料、保温材料和耐火
材料。
压力容器用非金属材料要求：
除要求有良好的耐腐蚀性外，
还应有足够的强度，
好的热稳定性，
良好的加工制造性能。
缺点： 大多数材料耐热性不高，对温度波动比较敏感，与金
属相比强度较低(除玻璃钢外)。
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压力容器常用非金属材料：
涂料
工程塑料
不透性石墨
搪瓷
陶瓷
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1、涂料
涂料是一种有机高分子胶体的混合物，
将其均匀地涂在容器表面上能形成完整而坚韧的薄膜，
起耐腐蚀和保护作用。
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热固性塑料
热塑性塑料
在一定温度下可以变软，而不发生化学变化，冷却后又变硬，
再加热又软化；
Eg.如聚氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS等；
可用作制造低压容器的壳体、管道,也可用作密封元件、衬里
等
的材料。
2、工程塑料
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3、不透性石墨
具有良好的化学稳定性、导电性和导热性，可用于制造
热交换器。
4、陶瓷
具有良好的耐腐蚀性能，且有一定的强度，被用来制
造塔、贮槽、反应器和管件。
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5、搪瓷
◆搪瓷设备是由含硅量高的瓷釉通过9000C左右的高
温锻烧，使瓷釉密着于金属胎表面而制成的。
◆它具有优良的耐蚀性，较好的耐磨性，广泛用作耐
腐蚀、不挂料的反应罐、贮罐、塔和反应器等。
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▲具有重量轻、强度高、耐腐蚀性好等优点，
是一种很有发展前途的压力容器材料，
已被用于制造天然气钢瓶、液化石油气储罐等产品。
复合材料
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讨论
1、是否可以使用国外压力容器材料？
可以，但国外应有使用实例，其使用范围应符合材料生产国
相应规范和标准的规定，并有材料质量证明书，技术要求不得低
于国内相应材料的技术指标。
2、压力容器材料的质量如何控制？
设采购订货、验收入库、材料保管、材料代用、材料发放和
材料使用等6个控制环节。
采购订货 采购计划审批、合格及供方确认
验收入库 质量证明书审查、实物检查、补项及复验、材料
代号编制和标记、材料入库审查
材料保管 保管质量检查、标记恢复确认
材料代用 材料代用审批
材料发放 实物复核
材料使用 附加检验、使用前复核、下料时标记移植
焊接材料应建立材料验收、复验、保管、烘干、发放和回收制度。
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3、材料代用有什么规定？
压力容器制造单位对主要受压元件的材料代用，原则上应事先
取得原设计单位出具的设计更改批准文件，对改动部位在竣工图
上做详细记载。
代用材料的性能应由于被代用材料，如16MnR、20R、Q235系列
钢板；16Mn、10、20锻件或钢管的代用等
4、什么是压力容器主要受压元件？
压力容器的筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、
膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板
和换热管；M36以上的设备主螺栓；公称直径大于等于250mm的接
管和管法兰。
5、材料质量证明书的内容是什么？
材料制造标准、材料牌号及规格、炉（批）号、国家安全监
察机构认可标志、材料生产单位名称及检验印鉴标志、化学成分、
力学性能等。
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