简析材料代用在压力容器制造中的应用

（大庆市高新区隆迪石化科技有限公司，黑龙江 大庆 163316）

简析材料代用在压力容器制造中的应用

岳 涛

（大庆市高新区隆迪石化科技有限公司，黑龙江 大庆 163316）

本文简析了材料代用在压力容器制造中的应用，分析了材料代用规定，研究了优质材料代用等相关问题，重点分析了代用中的以厚代薄现象。

材料待用；以优代劣；以厚代薄；压力容器

1 材料代用规定

在制造设备以及设计设备等过程中，往往会出现材料采购困难的状况，或制造方出于经济问题，而不得不选用另一种方式在压力容器的设计中进行材料的代用。但是材料代用是需要根据相关规定进行选择的，主要包括以下几点要求：在承压部件的材料选择上，应当选择同被代用材料相似的材料，无论是外形质量还是化学成分以及性能、尺寸公差以及检验率上。在技术要求上要绝对保证代用材料至少同被代用材料相近似，对于性能项目以及检测率要求不甚严格的代用材料可以通过测试以及检验的方式进行代用材料的选择。

2 优质材料代用

压力容器由于其设备的用途，因而材料的选择上必须具备良好的性能，包括力学性能、耐高温性能以及耐腐蚀性能等。而材料在性能上一般都是固定不变的，因而通过比较，往往会分出优劣。但压力容器在不同的情况下对于材料的性能要求也是不同的，因此，材料的代用不能仅仅凭借优劣来评判，应当根据具体的要求，从实际出发进行分析。

2.1 在制作压力容器的过程中，受到强度、力学以及机械性能等方面的要求与限制，采用低合金钢的效果往往要比碳素钢好，但是在焊接性能以及冷加工性能上往往效果差于碳素钢。一般冷加工性能以及可焊接性能较高的材料在强度级别上较差，二者呈现出负相关变化。因此在钢材的代用上，应当进行焊接工艺的调整，在进行热处理时同样应当适时的进行调整。

2.2 在进行周全细致的考虑后才能对材料予以替换，否则在制造压力容器时会出现各种隐患问题。例如设备处于酸性环境中，就极易出现腐蚀开裂现象，而钢材的强度级别越高，则越容易受到应力腐蚀开裂影响，二者呈现正相关关系。因此，此处采用以优代劣的原则是不可取的，应当予以排除。在很多性能上镇静钢的性能都要优于沸腾钢，其优势十分明显，但在制造搪玻璃容器过程中，沸腾钢的搪瓷效果要更加突出，镇静钢反而不如沸腾钢。

2.3 在耐腐蚀性能上，不锈钢一般具有更出色的表现，但设备所处环境氯离子较高的情况下，碳素钢以及低合金钢的抗腐蚀性却更高。

2.4 在高温热强性上，普通不锈钢相对比超低碳不锈钢具有更大的优势，但在抗腐蚀性以及价格上却无法同超低碳不锈钢相比。在设备的制造过程中，通过对含碳量的降低用以提高材料的抗腐蚀性，而通过提高碳含量而增加高温性，因此在进行材料代用的选择上不能仅仅的凭借一个因素进行选择，而需要通过精确的设计，对设备温度进行控制，在必要时需要针对材料中的含碳量进行重新计算。

2.5 以优代劣的原则不能适用在爆破片、挠性管板以及膨胀节等零件上，由于其结构的特殊性，在无法避免代用的情况下，需要以代用材料作为基础对其进行精密的计算，根据结果对零件的结构以及厚度等进行调整，用以防止零件以及同零件相连接的部位出现问题。

2.6 相对于板材的性能，锻件在热换器管板上的总体性能要较好一些，因此，在通常情况下都会选用锻件。但是，当管板厚度不大于6厘米时，板材可以作为锻件的代用材料应用到管板中，但需要注意，即便板材厚度、温度以及材质同锻件都一样，但在许用应力上二者仍旧具有差异，锻件的许用应力比板材略低。因此若在管板中应用板材代替锻件则应当对管板厚度进行重新核准。

钢材的化学成份的变化即便极为微小也会对钢材的性能造成极大的影响，因此在压力容器的材料使用中，以优代劣就需要予以重视，避免造成原设计要求无法得以实现。

3 以厚代薄

3.1 对于设备设计中封头和筒体间等厚焊接容器，若仅仅用以厚代薄的手段将个别部件加入到容器壳体中，很容易造成壳体的几何不连续，继而筒体间以及封头的连接处受到的局部应力会增大，此时，若容器受到应力腐蚀，则会受到很大的损伤。甚至会出现疲劳裂纹，严重者会造成疲劳断裂。

3.2 使用厚板代替薄板时，常常导致连接结构发生改变，加厚的封头同筒体进行连接时要进行封头的削边处理。另外，在筒体结构中，若筒壁厚度增加，那么封头同筒体连接处也应当对筒体进行削边。而厚度的增加，也会对焊接工艺造成影响，需要根据实际需要对工艺进行调整。

3.3 以厚代薄的方式若应用在容器壳体的整体层面上，虽然不会增加封头和筒体连接处的应力，但会产生一些不良影响。

3.4 由于原件刚性同厚度成正比，刚性越强则需要厚度越大，因此从原则上讲，波纹管、膨胀节以及挠性薄板管不能以厚代薄，主要考虑到形变效果的补偿。

3.5 针对换热器，由于其结构的特殊，其主要原件若采用以厚代薄的方式进行材料的代替，则很容易破坏原有力学平衡，除非特殊情况，不得已使用以厚代薄，则需要对设计进行重新的计算。

结语

以钢材料为材料主体的压力容器，在设计以及制作上对材料的机械性能有所要求，在对材料强度予以考虑的同时还应当考虑到材料的韧性，在保证材料韧性的基础上尽可能的提高材料的强度，并在这个基础上进行材料代用的选择。因此，对材料选择的确定上，其优劣应当进行综合的考虑和辨析不能单纯的以强度以及材料厚度予以认定。因此，压力容器制造和设计中，材料代用不仅仅包含技术，同时还应当考虑材料代用后容器是否安全，投资方是否可以获利，制造商的成本压力是否增加，制造管理难度是否提高等。无论选择何种材料予以代用，从本质上讲都是对压力容器设计方案的一种变更，必须予以重视。

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S219 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

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