簡析材料代用在壓力容器制造中的應用

（大慶市高新區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用

岳 濤

（大慶市高新區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用，分析了材料代用規定，研究了優質材料代用等相關問題，重點分析了代用中的以厚代薄現象。

材料待用；以優代劣；以厚代薄；壓力容器

1 材料代用規定

在制造設備以及設計設備等過程中，往往會出現材料采購困難的狀況，或制造方出于經濟問題，而不得不選用另一種方式在壓力容器的設計中進行材料的代用。但是材料代用是需要根據相關規定進行選擇的，主要包括以下幾點要求：在承壓部件的材料選擇上，應當選擇同被代用材料相似的材料，無論是外形質量還是化學成分以及性能、尺寸公差以及檢驗率上。在技術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 優質材料代用

壓力容器由于其設備的用途，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劣來評判，應當根據具體的要求，從實際出發進行分析。

2.1 在制作壓力容器的過程中，受到強度、力學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，二者呈現出負相關變化。因此在鋼材的代用上，應當進行焊接工藝的調整，在進行熱處理時同樣應當適時的進行調整。

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各種隱患問題。例如設備處于酸性環境中，就極易出現腐蝕開裂現象，而鋼材的強度級別越高，則越容易受到應力腐蝕開裂影響，二者呈現正相關關系。因此，此處采用以優代劣的原則是不可取的，應當予以排除。在很多性能上鎮靜鋼的性能都要優于沸騰鋼，其優勢十分明顯，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，但設備所處環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 在高溫熱強性上，普通不銹鋼相對比超低碳不銹鋼具有更大的優勢，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計，對設備溫度進行控制，在必要時需要針對材料中的含碳量進行重新計算。

2.5 以優代劣的原則不能適用在爆破片、撓性管板以及膨脹節等零件上，由于其結構的特殊性，在無法避免代用的情況下，需要以代用材料作為基礎對其進行精密的計算，根據結果對零件的結構以及厚度等進行調整，用以防止零件以及同零件相連接的部位出現問題。

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用到管板中，但需要注意，即便板材厚度、溫度以及材質同鍛件都一樣，但在許用應力上二者仍舊具有差異，鍛件的許用應力比板材略低。因此若在管板中應用板材代替鍛件則應當對管板厚度進行重新核準。

鋼材的化學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，以優代劣就需要予以重視，避免造成原設計要求無法得以實現。

3 以厚代薄

3.1 對于設備設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，繼而筒體間以及封頭的連接處受到的局部應力會增大，此時，若容器受到應力腐蝕，則會受到很大的損傷。甚至會出現疲勞裂紋，嚴重者會造成疲勞斷裂。

3.2 使用厚板代替薄板時，常常導致連接結構發生改變，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，在筒體結構中，若筒壁厚度增加，那么封頭同筒體連接處也應當對筒體進行削邊。而厚度的增加，也會對焊接工藝造成影響，需要根據實際需要對工藝進行調整。

3.3 以厚代薄的方式若應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力，但會產生一些不良影響。

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，由于其結構的特殊，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平衡，除非特殊情況，不得已使用以厚代薄，則需要對設計進行重新的計算。

結語

以鋼材料為材料主體的壓力容器，在設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當考慮到材料的韌性，在保證材料韌性的基礎上盡可能的提高材料的強度，并在這個基礎上進行材料代用的選擇。因此，對材料選擇的確定上，其優劣應當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定。因此，壓力容器制造和設計中，材料代用不僅僅包含技術，同時還應當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，從本質上講都是對壓力容器設計方案的一種變更，必須予以重視。

[1]朱海鷹，姚潤來，辛忠仁，辛忠智.鋼制壓力容器材料選擇的幾個問題[J].中國化工裝備， 2006（03）：66-68.

[2]金元文，濮軍.壓力容器制造中材料代用的常見問題分析[J].貴州化工，2007（04）：88-89.

[3]陳冬勤.淺析壓力容器制造的材料代用問題[J].科技風，2009（04）：42-43.

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