压力容器材料的控制管理

一、材料的“以优代劣”
　　压力容器用金属材料的主要性能，包括力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能。材料性能对于某种材料而言，是确定不变的。一种材料在某一方面的性能“优”于另一种材料的同时，有可能在其它方面“劣”于另一种材料，在不同的情况下，人们对材料性能的需求是千变万化的，在材料代用问题上的“优”、“劣”判断，只能具体问题具体分析，这方面的事例在压力容器中是常见的。
　　(1)压力容器用低合金钢虽然强度等机械性能方面的指标要优于碳素钢，但是其可焊性、冷加工性能却不如碳素钢好，因为一般强度级别越高，其可焊性和冷加工性能就越差。
　　(2)压力容器用低合金钢抗应力腐蚀性能却不如碳素钢好。材料代用时如果考虑不周，将会给压力容器的   使用留下隐患。如在有应力腐蚀开裂倾向和湿H2S环境的设备中，随着压力容器用钢强度级别的提高，相应地对应力腐蚀开裂的敏感性加大，在这种情况下用Q345R等低合金钢代替Q245R及Q235系列钢，会   容易出现问题，原则上这类“以优代劣”是不允许的。
　　(3)钢在许多方面的性能都优于沸腾钢，但是当用于制造搪瓷玻璃容器时，沸腾钢的搪瓷效果反而比钢好。
　　(4)对于膨胀节、爆破片和挠性管板这类零件，原则上不允许以“优”代“劣”，否则应按代用材料重新计算，对其厚度适当减薄，否则将有可能导致这些元件及相邻部位失效。
　　(5)不锈钢也有其耐蚀性能不如碳素钢和低合金钢的场合，如含Cl-介质的工况。
　　(6)超低碳不锈钢的价格和性能，虽然优于普通不锈钢，但是其高温热强性却不如普通不锈钢，碳在奥氏体不锈钢中具有两重性。从性来说，需要降低含碳量；而从性能来说，则需要适当提高含碳量，在进行此类“以优代劣”时，要特别注意设备的设计温度，   时需重新进行计算。
　　总之，压力容器产品材料不能随便地“以优代劣”，如主要受压元件发生这方面的材料代用时，制造单位   取得原设计单位同意修改的书面证明文件，并且在改动部位作详细记载，同时进行相应的焊接工艺评定。
　　二、材料的“以厚代薄”
　　材料的“以厚代薄”，往往使壳体的受力由平面应力状态向平面应变状态转变，对容器的受力状态而无利，厚壁容器   容易产生三向拉应力的平面应变脆性断裂。
　　(1)对于原设计中筒体与封头之间为等厚度焊接的容器，如对容器壳体个别部件进行“以厚代薄”(如仅增加封头厚度，而筒体厚度不变)时，势必增加容器壳体的几何不连续程度，从而引起应力集中，使封头与筒体连接部位的局部应力增大，对有应力腐蚀倾向的容器有很大危害；对于受交变载荷的容器，则有可能引起疲劳裂纹甚至疲劳断裂。
　　(2)当厚板代薄板时，往往要引起连接结构的变化，如加厚的封头与筒体的连接，往往都   对封头进行削边处理。对于用管道做筒体的设备，当筒体壁加厚时，筒体与封头的连接处，有时也   对筒体侧作削边处理。对于筒体与管板及平盖的对焊连接结构，也同样存在这些问题。当厚度增加较多时，常常还涉及到焊接结构的变化，如接管与壳体焊缝及对接焊缝都有可能从原来的单V型改为X型坡口。
　　(3)对于容器壳体整体上的以厚代薄，虽然不会使筒体与封头连接部位的局部应力增加，但是仍会造成以下几种不利影响：一是壳体厚度增大后，原设计选用的焊接方式、检测方法等可能相应发生变化；二是壳体增厚势必增加容器的重量，于是将对容器的支座和基础不利：三是对于壳体兼作传热部件的容器，增加壳体厚度会影响换热容器的传热效果。
　　(4)钢板许用应力与其厚度密切相关，从GB150中可见，钢材随着板厚的增加，材料许用应力呈下降趋势。如Q345R在20~150℃下，板厚从16mm增加到18mm时，许用应力由170MPa下降到163MPa；Q245R在150℃下，板厚从16mm增加到18mm时，许用应力由132MPa下降到126MPa。厚代薄有可能导致强度不足。因此，当处于这些临界状况下的厚代薄时，还   对强度进行验算。
　　(5)对于膨胀节、波纹管、挠性薄管板和薄管板等元件，原则上不应采用厚代薄，因为随着元件的加厚，其刚性相应增大，从而削弱了补偿变形效果。
　　因此，“以厚代薄”也   像其它形式的材料代用那样，“事先取得原设计单位的设计修改证明文件，对改动部位应作详细记载……”，由设计单位来综合考虑以厚代薄造成的种种不利影响，决定是否可行并对可实施以厚代薄的容器的焊接工艺、检测方法、支座、基础等作适当的调整，以或减少各种不利影响。