压力容器材料
压力容器常用材料的基本知识
压力容器常用(chánɡ yònɡ)材料(cáiliào)的基本(jīběn)知识(zhī shi)1、压力容器用钢板(gāngbǎn)选用时应考虑：①设计压力；②设计温度；③介质特性；④容器类别。
2、从材料力学性能来说，升温等效于升压，降温将导致钢材的脆性增加。
3、对同一种材料来说，随温度和板厚的增加，其许用应力则降低。
因而当容器壳体的名义厚度处于钢板许用应力变化的临界值时，应考虑此问题。
如处于16mm的Q235-B、Q235-C和16mm、36mm的Q345R都会发生许用应力跳档现象。
4、钢材的强度和塑性指标可通过拉伸试验和冷弯试验（室温下进行）获得。
5、板材供货时薄板以热轧状态供货，厚板以正火状态供货（因强度和韧性下降）。
6、压力容器用钢板当达到一定的厚度时，应在正火状态下使用，即使用正火板，如用于壳体厚度＞30mm的Q345R钢板必须要求正火状态下供货和使用。
需注意：正火仅对板材而言，而非整体设备。
（热轧板呈铁红色，正火板呈铁青色）。
7、压力容器用钢与锅炉用钢类同，首先要保证足够的强度，还要有足够的塑性，质地均匀等。
因此，必须选用杂质(S、P)和有害气体含量较低的碳素钢和低合金钢，均为镇静钢。
且为保证受压元件材料的焊接性能,一般须控制材料的含碳量≤0.25%。
材料的含碳量升高，则其冲击韧性下降，脆性转变温度升高，在焊接时容易产生裂纹。
8、低合金钢的机械性能、耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等均比碳素钢有所提高，其中最常用的是：Q345R。
它不仅S、P含量控制较严，更重要的是要求保证足够的冲击韧性，在材料验收方面也比较严格。
因此其使用压力不受限制，使用温度上限为475℃，下限为-20℃。
板厚为3～200mm。
是应用很广的材料。
9、Q345R(GB713-2008)代替原16MnR)的使用说明：①、Q345R的适用范围是：使用压力不限、使用温度为-20～475℃。
GBT150.2
型（ S1××××）钢板以退火状态交货，奥氏体—铁素 体型（ S2××××）钢板和奥氏体型（S3××××）钢 板以固溶热处理状态交货。 ▪ 4.2.4 GB/T24511标准中热轧厚钢板、热轧钢板及钢带的厚 度允许偏差分为普通精度和较高精度两个等级，压力容器 一般采用普通精度，如需采用较高精度（代号PT）时，应 在设计文件中规定。
GB/T150.2《压力容器—材料》
▪ 4.1.9公称容积大于或等于50m3的球形储罐，其球壳板厚度 不宜大于50mm。
▪ 4.1.10用于设计温度高于200℃的Q370R钢板，以及用于设 计温度高于300℃的18MnMoNbR、13MnNiMoR和 12Cr2Mo1VR 钢板，要求钢板按批进行设计温度下的高温 拉伸试验，其屈服强度值参见附录B。（金属材料高温拉伸 试验方法GB/T 228.2-2015)
▪ „3.8.6低合金钢螺柱的冲击试验要求按7.1.3和7.1.4的规定。
GB/T150.2《压力容器—材料》
▪ 3.9 根据设计文件要求，钢材可按GB/T4334进行 晶间腐蚀试验，也可按有关标准进行应力腐蚀试 验、点腐蚀试验，具体试验方法和合格指标在设 计文件中规定。
▪ 3.11对已列入本标准的标准抗拉强度下限值大于 或等于540MPa 的和用于压力容器设计温度低于 -40℃的低合金钢钢板，如钢板制造单位无该钢 板在压力容器中的应用业绩，则钢板制造单位仍 应按TSG 21的规定通过技术评审。
GB/T150.2《压力容器—材料》
▪ 4.2.5 GB/T24511标准中钢板的表面加工类型，热轧产品
分为1E级（热轧、热处理、机械除氧化皮）和1D级（热
第二章、压力容器的基本结构及材料
29
第二章 压力容器的基本结构及材料 第三节 压力容器的材料
二、对压力容器选材的主要要求
1. 2.
3.
4.
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。 选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、 介质特性和操作特点等）、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及 经济合理性。 压力容器受压元件用钢应符合GB150中4.材料章的要求。非受压元件 用钢,当与受压元件用钢焊接时,也应是焊接性良好的钢材。 钢材的化学性能、力学性能应符合《固定容规》有关规定。选用碳 素钢和合金钢制造的压力容器应符合GB150-2011《压力容器》的有 关规定，Q235B钢板不得用于直接受火焰加热的压力容器。用于焊接 结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其碳含量不应大 于0.25%。钢制压力容器材料的力学性能、弯曲性能和冲击试验要求， 应符合GB150-2011《压力容器》中相关规定。 30
第一章 压力容器的基本结构及材料 第三节 压力容器的材料
一、压力容器材料性能 2. 工艺性能
良好的冷塑性变形能力：在加工时容易成形且不会产生裂 纹等缺陷。 具有较好的可焊性：以保证材料在规定的焊接工艺条件下 获得质量优良的焊接接头。第三，要求材料具有适宜的热 处理性能，容易消除加工过程中产生的残余应力，而且对 焊后热抗氧化性能处理裂纹不敏感。
19
第二章 压力容器的基本结构及材料 第二节 常见压力容器结构
二、列管式换热器
3. U形管式换热器 其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子 两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与管子有温差时， 不会产生温差应力。U形管式换热器的优点是结构简单，只有一个管板， 密封面少，运行可靠，造价低，管间清洗较方便。其缺点是管内清洗较 困难，可排管子数目较少，管束最内层管间距大，壳程易短路。U形管式 换热器适用于管、壳程温差较大或壳程介质是易结垢而管程介质不易结 垢的场合。
压力容器材料
压力容器材料压力容器是一种用于承受内部压力的设备，它通常用于工业生产中的化工、石油、制药、食品等领域。
压力容器材料的选择对于容器的安全性和性能至关重要。
在选择压力容器材料时，需要考虑材料的强度、耐腐蚀性、成本以及加工性能等因素。
首先，压力容器材料需要具有足够的强度来承受内部的压力。
常见的压力容器材料包括碳钢、合金钢、不锈钢等。
碳钢是一种常用的材料，具有良好的强度和韧性，适用于一般的压力容器。
而对于高压、高温或者腐蚀性较强的工况，通常会选择合金钢或不锈钢作为材料，因为它们具有更好的耐腐蚀性和高温强度。
其次，压力容器材料的耐腐蚀性也是一个重要的考量因素。
在化工、石油等领域，容器内部通常会接触到各种腐蚀性介质，因此材料需要具有良好的耐腐蚀性。
不锈钢是一种常用的耐腐蚀材料，它具有优良的耐腐蚀性能，能够抵御酸碱介质的侵蚀。
此外，合金钢和钛合金等材料也具有较好的耐腐蚀性能，适用于各种恶劣的工作环境。
除了强度和耐腐蚀性之外，材料的成本也是一个需要考虑的因素。
不同材料的成本差异较大，因此在选择压力容器材料时需要综合考虑成本和性能。
在一般的工况下，碳钢是一种性价比较高的材料，具有良好的强度和耐腐蚀性，并且成本较低。
而在一些特殊的工况下，可能需要选择成本较高的不锈钢或合金钢，以满足特定的工艺要求。
最后，压力容器材料的加工性能也是需要考虑的因素之一。
材料的加工性能直接影响到容器的制造工艺和成本。
一些特殊材料可能需要特殊的加工工艺，成本较高。
因此在选择材料时，需要考虑材料的加工性能，以确保容器的制造过程能够顺利进行。
总的来说，压力容器材料的选择需要综合考虑强度、耐腐蚀性、成本和加工性能等因素。
不同的工况和要求可能需要选择不同的材料，以确保容器能够安全、可靠地工作。
在实际应用中，需要根据具体的工艺要求和经济成本进行合理的选择，以满足工艺要求和经济效益的双重考量。
压力容器材料培训课件
06
压力容器材料的新技术与展望
压力容器材料的新工艺与新技术
01
新型焊接工艺
02
高强度材料制备技术
如激光焊接、电子束焊接等，提高焊 接质量和效率。
如超临界流体萃取、等离子体处理等 ，改善材料性能。
03
3D打印技术
应用3D打印技术制备压力容器，实现 个性化生产。
压力容器材料的发展趋势与前景
01
02
低温冲击韧性
良好的加工成型性能
足够的耐腐蚀性能
压力容器材料的拉伸性能
屈服强度
断面收缩率
抗拉强度
伸长率
硬度
压力容器材料的冲击性能
冲击韧性 抗疲劳性能
低温冲击韧性 耐高温蠕变性能
03
压力容器材料的物理性能
压力容器材料的密度、比热容和热导率
密度
指单位体积的压力容器材料的 质量，通常以千克/立方米（ kg/m³）为单位。
03
高性能材料
如钛合金、高强度不锈钢 等，提高压力容器设备的 耐腐蚀性和机械强度。
复合材料
如金属基复合材料、陶瓷 基复合材料等，改善材料 的综合性能。
智能化技术
应用物联网、传感器等技 术，实现压力容器设备的 远程监控和预警。
压力容器材料的未来研究方向与挑战
新材料研发
针对极端环境下使用的压力容器 ，需要研发新的材料。
2023
压力容器材料培训课件
目录
• 压力容器材料简介 • 压力容器材料的力学性能 • 压力容器材料的物理性能 • 压力容器材料的腐蚀性能 • 压力容器材料的选择与使用 • 压力容器材料的新技术与展望
01
压力容器材料简介
压力容器材料的分类与特点
按材料成分分类
压力容器压力管道材料基础知识
压容压管材料基础知识目录一、碳素钢21、执行标准22、常用牌号23、表示方式24、使用说明2二、低合金钢21、执行标准32、常用牌号33、表示方式34、新旧标准牌号对照3三、低温用低合金钢31、执行标准32、常用牌号33、表示方式34、使用说明4四、不锈钢41、执行标准42、常用牌号43、表示方式44、新旧标准对比55、新旧牌号对比66、使用说明7一、碳素钢1、执行标准GB3274-2007《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》2、常用牌号Q235A、Q235B、Q235C3、表示方式（1）以钢材的屈服点及质量等级进行编号。
如：，各字符含义如下：Q —钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；235表示钢材的屈服强度为235MPa。
A、B、C、D—分别为质量等级（A级最低，D级最高）；F—沸腾钢“沸”字汉语首位字母；B—半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母；Z—镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；TZ—特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母；在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号予以省略。
（2）碳钢编号除按屈服强度编号外，还有一种编号方法，以钢材的含碳量表示：如10#钢、20#钢等，其碳含量分别为%和% 。
4、使用说明（1）Q235A钢板不得用于压力容器制造、维修（2）Q235B钢板：a)容器设计压力P≤b)钢板使用温度为0~350℃c)用于壳体时,钢板厚度不大于20mmd)不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器（3）Q235C钢板：a)容器设计压力P≤b)钢板使用温度为0~400℃c)用于壳体时,钢板厚度不大于30mm二、低合金钢1、执行标准GB713－2008《锅炉和压力容器用钢板》2、常用牌号Q245R、Q345R、15CrMoR3、表示方式（1）Q —钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；235表示钢材的屈服强度为235MPa；R —容器板“容”字汉语拼音首字母。
（2）数字＋化学元素符号＋数字表示，第一个数字表示钢材的碳含量，以万分之几表示，后面的数字表示合金元素的含量，以百分之几表示，中间的化学元素符号表示合金元素的种类，当合金元素含量≤%时，一般省略中间的数字。
复合材料压力容器
复合材料压力容器
复合材料压力容器是一种应用广泛的高性能容器，它由多种不同材料的复合层构成，能够承受高压力和各种环境条件下的工作。
复合材料压力容器具有重量轻、强度高、耐腐蚀、耐磨损等优点，因此在航空航天、船舶、化工、军工等领域得到了广泛的应用。
首先，复合材料压力容器的制造材料主要包括碳纤维、玻璃纤维、环氧树脂、聚酯树脂等。
这些材料具有优良的机械性能和化学性能，能够满足不同工作条件下的需求。
与传统的金属材料相比，复合材料具有更高的比强度和比刚度，能够在保证强度的前提下减轻结构重量，提高了整体性能。
其次，复合材料压力容器的制造工艺主要包括预制、成型、固化、表面处理等步骤。
在制造过程中，需要严格控制各个工艺环节，确保复合材料的性能稳定和一致性。
同时，还需要进行严格的质量检验和控制，确保产品的质量达到设计要求。
另外，复合材料压力容器的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，复合材料压力容器被广泛应用于航天器、卫星、导弹等载荷舱体和燃料箱体中，能够减轻结构重量，提高载荷能力。
在船舶领域，复合材料压力容器被应用于船体结构、储罐、管道等部位，能够提高船舶的载重能力和航行速度。
在化工领域，复合材料压力容器被应用于化工设备、储罐、反应釜等部位，能够提高设备的耐腐蚀性能和使用寿命。
总的来说，复合材料压力容器具有重量轻、强度高、耐腐蚀、耐磨损等优点，能够满足不同领域的工程需求。
随着科学技术的不断进步和应用需求的不断增加，复合材料压力容器将会得到更广泛的应用和发展。
压力容器用钢材
压力容器用钢材的选用 在压力容器设计中，正确地选择钢材，对保证容器的使用安全、结构合理和降低制造成本是至关重要的。 一般规定 压力容器用材料的质量及规格，应符合相应的国家标准、行业标准的规定。 压力容器用钢应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等）、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及经济合理性。 压力容器专用钢材的磷含量不应大于0.03%,硫含量不应大于0.02%;用于焊接压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢,其含碳量不应大于0.25%
*
材料的屈服极限、强度极限和弹性模量随温度的升高而降低,如果材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键性的。
*
耐腐蚀性能 耐腐蚀性能是金属材料抵抗介质腐蚀的能力。压力容器中处理的介质大多数具有腐蚀性的，在设计中必须根据操作介质来选择耐腐蚀材料. 如果腐蚀发生在整个金属表面上，则称为金属的全面腐蚀；如果腐蚀均匀地分布在整个金属表面，则称为均匀腐蚀；如果腐蚀只发生在金属表面的局部区域，其余大部分表面不腐蚀，称之为局部腐蚀。 均匀腐蚀 均匀腐蚀是在整个金属表面均匀地发生腐蚀，这种腐蚀相对其它形式的腐蚀其危害最小。GB150中C2只考虑均匀腐蚀 . C2=KB 其中B—设计寿命(年) K—腐蚀速率(mm/ 年 )
式中各元素的符号代表钢中含量的百分数.
*
一般认为: 当Ceq<0.4%时,钢材的淬硬倾向不大,可焊性优良,焊接时不必预热.
当Ceq=0.4%-0.6%时,钢材的淬硬倾向增大,可焊性有限,焊接时需要预热.控制焊接线能量等工艺措施.
单击此处添加小标题
当Ceq>0.6%时, 淬硬倾向严重,属于较难焊接的钢材,需要采取较高的预热温度和严格的工艺措施.
*
磷（P）--磷可以固溶在钢的铁素体中，降低了钢的延伸率及断面收缩率。磷对钢最有害的影响是降低冲击韧性，随着钢中磷含量的增加，钢发生脆化，最终甚至引起常温脆化。例如：钢中含0.25%的磷(P)其冲击值为零.在一般钢中,随着磷含量增加,其脆性转变温度(NDT)也显著地增加.磷含量不高也容易引起偏析,而且其扩展速度很慢,不易用热处理方法消除偏析.另外,磷和氧亲和力较强,会恶化可焊性和可锻性.所以,磷也是有害杂质, “容规”中对容器用钢中对P含量的限制有明确的规定。 氢—氢原子半径极小,在钢中扩散速度比其它元素大得多,很容易透过晶格.氢可引起钢的1)氢脆；2)韧性下降；3）产生延迟裂纹；4）产生白点；5）焊接时产生凹裂纹等，为了克服这些问题，可采取真空熔炼等办法进行脱氢。另外，焊接时，焊条、焊剂要烘干。焊缝处消氢处理也是有效方法之一。
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压力容器 专用钢板
20R （R表示压力容器专用钢板） GB6654-1996
20R的特 点和应用 场合：
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。
压力容器材料
2、低合金钢板 特点及优点
◆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。
◆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。
压力容器材料
压力容器常用低合金钢：
钢板 钢管 锻件
16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR; 07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR
已取消不用
新增钢种，相 当日本SPV355
σs≥350MPa，克服了 16MnR两大缺点：强度随 板厚增大而迅速减小；用 于球罐强度不够
压力容器材料
3低温用钢板
钢号
生产情况
使用情况
备注
16MnDR
重庆、武汉、舞 大量使用 阳、浦东四家
-40~100℃ σs=255~315MPa
09MnNiDR
武钢、舞阳
武钢：宽2600mm
鞍山：宽3400mm
大量采用
-20~475℃
σs=275~285MPa
理想的单层厚 -20~475℃
板用钢板
σs=380~3门
尽量不用
日本CF-62钢改进而成， 强度高，可焊性好，
σs= 490MPa
已不普遍使用 价格、生产、性能有问题
07MnNiCrMoVDR 已有多家生产
丙烯、 硫化氢（L）储罐 乙烯低温球罐
-70 ℃ ~
-40 ℃ ~ 490MPa
15MnNiDR
尽量少用
09Mn2VDR
已取消作为低温 容器用钢
压力容器材料
电工用钢
专业用钢：船舶用钢、桥梁用钢、钢轨钢、压力容器用钢、锅炉用钢
压力容器材料
铁碳合金图
1534℃
温 度
900℃
奥氏体
723℃ 铁+奥
液+奥
液体
1147℃
奥+渗 奥+渗+莱
液+渗
渗+莱
珠
莱
铁
铁+珠
光 体
珠+渗
珠+渗+莱
氏 体
渗+莱
0.8
2.06
含碳量
4.3
压力容器材料
6.67
3.1.1 压力容器常用钢材 一、钢材形状 主要是板、管材和锻件（棒、丝、铸件）
（1）钢板
主要用途： 壳体、封头、板状构件等 加工要求: 下料、卷板、冲压、焊接、热处理
性能要求： 较高的强度、良好的塑性、韧性、 冷弯性能和焊接性能
GB3531 低温压力容器用低合金钢钢板 GB6654 压力容器用钢板
压力容器材料
主要用途： 接管、换热管等
（2）钢 管
主要类型： 无缝钢管、直缝钢管和螺旋焊缝钢 管
钢材
工业纯铁C%≤0.04%
碳素钢 低碳钢 C% ≤0.25%（建筑和结构构件用）
a.按化学成分分
中碳钢C%= 0.25%~0.6%容器用锻件和螺栓 高碳钢C%＞ 0.6%
低合金钢：合金元素总含量≤5%
合金钢 中合金钢：
5%~10%
高合金钢：
＞ 10%
也可按合金元素种类及组合分为：锰钢、铬钢、铬镍钢、铬钼钢
C≤ 0.025%,Si ≤ 0.07%
镇静钢：脱氧较完全
半镇静钢：介于沸腾钢和镇静钢之 间
压力容器材料
Si ≤ 0.17%
退火状态
亚共析钢：铁+珠 共析钢：珠 过共析钢：渗碳体+珠
d.按金相组织分 正火状态 珠、贝、马、奥
无相变或部分相变 铁、奥、复相钢
结构钢：建筑及工程用钢、机械制造用钢、弹簧钢、轴承钢、超高强度 工钢 具钢：碳素钢、高速工具钢、合金工具钢（刃具、量具、模具） e. 按用途分 特殊性能钢：不锈耐热钢、耐热钢、电热合金、耐磨钢、低温用钢、
加工要求: 下料、焊接、热处理
性能要求： 较高的强度、良好的塑性、 韧性、焊接性能
请比较各类钢管的优缺点
压力容器材料
筒形、环形、饼形、碗形、长颈法兰锻件、条形、矩形
（3）锻件
主要用途： 高压容器的平盖、端部法兰与长颈对 焊法兰等
逐件超探、拉伸、冲击试验
分 级： 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。
压力容器材料
2020/11/14
压力容器材料
结构设计
压力容器设计
应力分析σmax≤ σs
pmax ≤[p]
合理选材
（充分考虑）
时间、环境的劣化作用
压力容器材料
本章主要内容
●3.1 压力容器材料 3.1.1 压力容器常用钢材 3.1.2 有色金属和非金属
●3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响 3.2.1 塑性变形 3.2.2 焊接 3.2.3 热处理
压力容器材料
普通钢P ≤0.045%,S ≤0.055%或P. S ≤ 0.05%
b.按品质分 优质钢P. S ≤ 0.04%，Cu ≤ 0.030%
高级优质钢P ≤0.035%,S ≤0.03%,Cu ≤ 0.025%
按炉别分：平炉钢、转炉钢、电炉钢
c.按冶金方式 分
按脱氧程度 和浇注制度 分
沸腾钢:不脱氧，钢锭内产生沸腾现象
仅需硬度检测
压力容器材料
二、钢板
压力容器材料
1、碳素钢板
含碳量小于2.06％的铁碳合金，含有少量的硫、磷、铜、氧、氮，以及硅、
锰、铝等元素。
10、20钢钢管；
a.钢号 及标准
优质碳素 结构钢
20、35钢锻件。 GB912 δ4mm
Q235-B、Q235-C钢板 GB3274δ>4mm
p ≤1.6MPa;t=0~350℃,δ ≤20mm(壳体)，高毒勿用
压力容器材料
●3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 3.3.1 温度 3.3.2 介质 3.3.3 加载速率
●3.4 压力容器材料选择 3.4.1 压力容器用钢的基本要求 3.4.2 压力容器钢材的选择
压力容器材料
3.1 压力容器材料 3.1.1 压力容器常用钢材 3.1.2 有色金属和非金属
压力容器材料
16Mn、09MnD;
（D表示低温用钢）
16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、 2.25Cr-1Mo。
压力容器材料
低合金钢板（GB6654）
钢号
生产情况
使用情况
备注
16MnR
13MnNiMoNbR
07MnCrMoVR
18MnMoNbR 15MnVR 15MnVNR 15MnNbR
δ=6-120mm 多家生产 舞阳重点产品