簡析材料代用在壓力容器制造中的應(yīng)用

（大慶市高新區(qū)隆迪石化科技有限公司，黑龍江 大慶 163316）

簡析材料代用在壓力容器制造中的應(yīng)用

岳 濤

（大慶市高新區(qū)隆迪石化科技有限公司，黑龍江 大慶 163316）

本文簡析了材料代用在壓力容器制造中的應(yīng)用，分析了材料代用規(guī)定，研究了優(yōu)質(zhì)材料代用等相關(guān)問題，重點分析了代用中的以厚代薄現(xiàn)象。

材料待用；以優(yōu)代劣；以厚代薄；壓力容器

1 材料代用規(guī)定

在制造設(shè)備以及設(shè)計設(shè)備等過程中，往往會出現(xiàn)材料采購困難的狀況，或制造方出于經(jīng)濟問題，而不得不選用另一種方式在壓力容器的設(shè)計中進行材料的代用。但是材料代用是需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定進行選擇的，主要包括以下幾點要求：在承壓部件的材料選擇上，應(yīng)當(dāng)選擇同被代用材料相似的材料，無論是外形質(zhì)量還是化學(xué)成分以及性能、尺寸公差以及檢驗率上。在技術(shù)要求上要絕對保證代用材料至少同被代用材料相近似，對于性能項目以及檢測率要求不甚嚴(yán)格的代用材料可以通過測試以及檢驗的方式進行代用材料的選擇。

2 優(yōu)質(zhì)材料代用

壓力容器由于其設(shè)備的用途，因而材料的選擇上必須具備良好的性能，包括力學(xué)性能、耐高溫性能以及耐腐蝕性能等。而材料在性能上一般都是固定不變的，因而通過比較，往往會分出優(yōu)劣。但壓力容器在不同的情況下對于材料的性能要求也是不同的，因此，材料的代用不能僅僅憑借優(yōu)劣來評判，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的要求，從實際出發(fā)進行分析。

2.1 在制作壓力容器的過程中，受到強度、力學(xué)以及機械性能等方面的要求與限制，采用低合金鋼的效果往往要比碳素鋼好，但是在焊接性能以及冷加工性能上往往效果差于碳素鋼。一般冷加工性能以及可焊接性能較高的材料在強度級別上較差，二者呈現(xiàn)出負相關(guān)變化。因此在鋼材的代用上，應(yīng)當(dāng)進行焊接工藝的調(diào)整，在進行熱處理時同樣應(yīng)當(dāng)適時的進行調(diào)整。

2.2 在進行周全細致的考慮后才能對材料予以替換，否則在制造壓力容器時會出現(xiàn)各種隱患問題。例如設(shè)備處于酸性環(huán)境中，就極易出現(xiàn)腐蝕開裂現(xiàn)象，而鋼材的強度級別越高，則越容易受到應(yīng)力腐蝕開裂影響，二者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。因此，此處采用以優(yōu)代劣的原則是不可取的，應(yīng)當(dāng)予以排除。在很多性能上鎮(zhèn)靜鋼的性能都要優(yōu)于沸騰鋼，其優(yōu)勢十分明顯，但在制造搪玻璃容器過程中，沸騰鋼的搪瓷效果要更加突出，鎮(zhèn)靜鋼反而不如沸騰鋼。

2.3 在耐腐蝕性能上，不銹鋼一般具有更出色的表現(xiàn)，但設(shè)備所處環(huán)境氯離子較高的情況下，碳素鋼以及低合金鋼的抗腐蝕性卻更高。

2.4 在高溫?zé)釓娦陨希胀ú讳P鋼相對比超低碳不銹鋼具有更大的優(yōu)勢，但在抗腐蝕性以及價格上卻無法同超低碳不銹鋼相比。在設(shè)備的制造過程中，通過對含碳量的降低用以提高材料的抗腐蝕性，而通過提高碳含量而增加高溫性，因此在進行材料代用的選擇上不能僅僅的憑借一個因素進行選擇，而需要通過精確的設(shè)計，對設(shè)備溫度進行控制，在必要時需要針對材料中的含碳量進行重新計算。

2.5 以優(yōu)代劣的原則不能適用在爆破片、撓性管板以及膨脹節(jié)等零件上，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，在無法避免代用的情況下，需要以代用材料作為基礎(chǔ)對其進行精密的計算，根據(jù)結(jié)果對零件的結(jié)構(gòu)以及厚度等進行調(diào)整，用以防止零件以及同零件相連接的部位出現(xiàn)問題。

2.6 相對于板材的性能，鍛件在熱換器管板上的總體性能要較好一些，因此，在通常情況下都會選用鍛件。但是，當(dāng)管板厚度不大于6厘米時，板材可以作為鍛件的代用材料應(yīng)用到管板中，但需要注意，即便板材厚度、溫度以及材質(zhì)同鍛件都一樣，但在許用應(yīng)力上二者仍舊具有差異，鍛件的許用應(yīng)力比板材略低。因此若在管板中應(yīng)用板材代替鍛件則應(yīng)當(dāng)對管板厚度進行重新核準(zhǔn)。

鋼材的化學(xué)成份的變化即便極為微小也會對鋼材的性能造成極大的影響，因此在壓力容器的材料使用中，以優(yōu)代劣就需要予以重視，避免造成原設(shè)計要求無法得以實現(xiàn)。

3 以厚代薄

3.1 對于設(shè)備設(shè)計中封頭和筒體間等厚焊接容器，若僅僅用以厚代薄的手段將個別部件加入到容器殼體中，很容易造成殼體的幾何不連續(xù)，繼而筒體間以及封頭的連接處受到的局部應(yīng)力會增大，此時，若容器受到應(yīng)力腐蝕，則會受到很大的損傷。甚至?xí)霈F(xiàn)疲勞裂紋，嚴(yán)重者會造成疲勞斷裂。

3.2 使用厚板代替薄板時，常常導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，加厚的封頭同筒體進行連接時要進行封頭的削邊處理。另外，在筒體結(jié)構(gòu)中，若筒壁厚度增加，那么封頭同筒體連接處也應(yīng)當(dāng)對筒體進行削邊。而厚度的增加，也會對焊接工藝造成影響，需要根據(jù)實際需要對工藝進行調(diào)整。

3.3 以厚代薄的方式若應(yīng)用在容器殼體的整體層面上，雖然不會增加封頭和筒體連接處的應(yīng)力，但會產(chǎn)生一些不良影響。

3.4 由于原件剛性同厚度成正比，剛性越強則需要厚度越大，因此從原則上講，波紋管、膨脹節(jié)以及撓性薄板管不能以厚代薄，主要考慮到形變效果的補償。

3.5 針對換熱器，由于其結(jié)構(gòu)的特殊，其主要原件若采用以厚代薄的方式進行材料的代替，則很容易破壞原有力學(xué)平衡，除非特殊情況，不得已使用以厚代薄，則需要對設(shè)計進行重新的計算。

結(jié)語

以鋼材料為材料主體的壓力容器，在設(shè)計以及制作上對材料的機械性能有所要求，在對材料強度予以考慮的同時還應(yīng)當(dāng)考慮到材料的韌性，在保證材料韌性的基礎(chǔ)上盡可能的提高材料的強度，并在這個基礎(chǔ)上進行材料代用的選擇。因此，對材料選擇的確定上，其優(yōu)劣應(yīng)當(dāng)進行綜合的考慮和辨析不能單純的以強度以及材料厚度予以認(rèn)定。因此，壓力容器制造和設(shè)計中，材料代用不僅僅包含技術(shù)，同時還應(yīng)當(dāng)考慮材料代用后容器是否安全，投資方是否可以獲利，制造商的成本壓力是否增加，制造管理難度是否提高等。無論選擇何種材料予以代用，從本質(zhì)上講都是對壓力容器設(shè)計方案的一種變更，必須予以重視。

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