钢制压力容器材料讲义.docx

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钢制压力容器材料讲义

钢制压力容器材料讲义

（压力容器制造厂产品检验员学习班用）

2000．6.

2002．6.

2003．11．5修改

2005．6．5修改

大连市锅炉压力容器检验研究所

刘溢恩手稿

目录

前言

第一部分法规、标准对压力容器用钢材料的要求

一．压力容器用钢的基本要求

二．钢制压力容器允许使用的钢材

1．钢板

2．钢管

3．锻件

4．螺栓用钢

5．关于焊接材料

三．“容规”对材料的要求

第二部分材料标准

一．代号

二．几个机械性能指标及符号

三．尺寸、外形、检验与试验

第三部分压力容器用钢材料质量管理要求

1．采购订货

2．验收入库

3．材料代用

4．材料保管、发放及使用

前言

有关几个压力容器材料方面的事故。

2003年11月国家宣布撤销原锅炉标准化技术委员会、压力容器标准化技术委员会，其工作纳入相关的锅炉压力容器标准化技术委员会。

近二十多年来，从1984年成立原压力容器标准化技术委员会到后来的锅炉压力容器标准化技术委员会。

对压力容器用钢的标准工作一直十分重视，主动提出并积极协助冶金行业制修订压力容器用钢板标准，认真规划并及时组织制修订压力容器用锻件标准。

近二十多年来，我国压力容器用钢标准的技术水平有了很大提高。

如：

我国的GB6654-1996《压力容器用钢板》标准及第1号、第2号修改单，将钢号中的硫、磷含量（熔炼分析）予以加严，对大部分的钢板冲击试验温度由20℃改为0℃，从标准的重要技术指标来看，现行的GB6654标准的技术水平已处于国际先进水平。

GB3531-1996《低温压力容器用低合金钢钢板》及第1号修改单，从冲击功指标（Akv）与国外相近的钢号相比我国的16MnDR钢板仍存在一定的差距。

而我国的09MnNiDR钢板的主要技术指标优于国外先进水平的相近钢号。

在压力容器用低温钢板中，国外还有-100℃级的3.5Ni钢板和-196℃级的9Ni钢板，在国内尚属空白，有待今后开展研究工作。

为实现高参数球形储罐用钢板的国产化，上世纪80年代中期国内有关单位联合开发屈服强度490MPa级的低焊接裂纹敏感性钢，该钢不仅有较高的强度，同时还具有优良的焊接性能和低温韧性，首先在氢气球形储罐上得到应用，在GB150-98根据其使用的低温温度分别列入：

07MnCrMoVR（-20℃）和07MnNiCrMoVDR（-40℃）两个钢号（屈服极限490MPa级）。

迄今为止，国外仅日本有此类钢板。

长期以来我国10万立方米原油储罐一直采用日本生产的屈服强度490MPa级的SPV490Q钢板。

上世纪末我国又研制成功了同样490MPa级的调质高强钢板WH610D2钢板。

上述三个490MPa级的调质高强钢板，已经制定了《压力容器用调质高强钢版》标准，已经通过了标准审查，由于是强制性国家标准，审批手续比较复杂，现该标准正在审批过程中。

我国现行的压力容器锻件标准JB4726~4728-2000，其16Mn等一些锻件的有害元素磷与钢板的规定一致，20MnMo的硫含量比钢板还严，上述两个钢号的冲击试验温度均为0℃。

中国第一重型机械集团公司研制生产的、对化学成分和力学性能有特殊要求的加氢反应器（煤加氢液化工艺）用钢锻件系列2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.25V和3Cr-1Mo-0.25V，在容标委对其进行安全注册工作中，经研究相应的命名为12Cr2Mo1（H）、12Cr2Mo1（H）t、12Cr3Mo1V（H）促进了该系列钢锻件的标准化工作。

在低温钢锻件的5个钢号除-100℃级的3.5Ni低温钢锻件和-196℃级的9Ni低温钢锻件，在现行标准中尚属空白，有待今后进一步工作外，其余5个钢号锻件能与钢板相适应基本能满足-70℃以上低温容器的使用要求。

现不锈钢锻件标准中的有害元素硫、磷含量与国外先进水平标准规定相一致，现有不锈钢锻件能满足大部分压力容器的使用要求。

第一部分法规、标准对压力容器用钢材料的要求

一．压力容器用钢的基本要求

1．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。

2.采用GB150中4.材料章以外的其他钢号的钢材,还应符合“附录A材料的补充规定”的有关规定。

附录A作为第四章的补充，对下列钢材提出了要求：

1）已列入第4章但尚未列入材料标准（国家标准或行业标准）的钢材；

2）选用未列入第4章的钢材；

①选用国外钢材时，应是国外相应压力容器最新标准所允许使用的钢材，其适用范围不应超出该标准的规定，同时也不应超出第4章中相近成分和技术要求的钢材的规定。

②选用新研制的钢材或未列入本标准的钢材，新钢材研制的负责单位或选用单位应将该钢材的技术资料报全国锅炉压力容器标准化技术委员会审定，审定合格后出具允许使用的证明文件。

采用该钢材的容器制造单位报国家技术质量检检验检疫总局锅炉压力容器安全监察机构批准后方可使用。

3）代用第4章的钢材。

3．压力容器受压元件用钢应由平炉、电炉或氧气转炉冶炼。

钢材的技术要求应符合相应的国家标准、行业标准或有关技术条件的规定。

4．容器用钢应附有钢材生产单位的钢材质量证明书，容器制造单位应按质量证明书对钢材进行验收，必要时尚应进行复验。

如无钢材生产单位的钢材质量证明书，则应按《压力容器安全技术监察规程》的规定。

5．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。

6．钢材的使用温度上限应按第4章各材料许用应力表中各钢号所对应的上限温度。

碳素钢和碳锰钢在高于425℃下长期使用时，应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向。

奥氏体钢的使用温度高于525℃时，钢中含碳量应不小于0．04%。

7．钢材的使用温度下限，除奥氏体钢及本章有关条文另行规定者外，均高于-20℃。

钢材的使用温度低于或等于-20℃时，应按附录C的规定进行夏比（V型缺口）低温冲击试验。

奥氏体钢的使用温度高于或等于-196℃，可免做冲击试验。

8．当对钢材有特殊要求时，（如特殊的冶炼方法、较高的冲击功指标、附加保证高温屈服强度、提高无损检测要求、增加力学性能检验率等），设计单位应在图样或相应技术文件中注明。

9．钢材的高温性能参考值见附录F。

二．钢制压力容器允许使用的钢材

根据GB150-98第1号修改单：

“1．取消Q235-AF、Q235-A、15MnVNR和09Mn2VDR4个钢号及相应的许用应力，09MnNiDR厚度上限由60mm改为100mm。

（钢板）

2．列入15MnNbR及许用应力.

3.取消15MnV钢管.

4.取消15MnV、09Mn2VD、16MnMoD锻件及相应许用应力，新列入14Cr1Mo（JB4726）。

5．取消09Mn2VD和16MnMoD螺柱用毛坯棒料。

修改16MnD、20MnMoD的最低冲击试验温度。

”

1.钢板

1．1碳素钢板

1．1．1Q235钢板

现只剩Q235B与Q235C钢板

GB700-88碳素结构钢

≯4mmGB912-89碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带

﹥4mmGB3274-88碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带

钢板

牌号

允许设计

压力MPa

钢板使用

温度℃

用于容器壳体材料时钢板厚度限制mm

不允许盛装的介质

Q235-AF

≤0.6

0~250

≤12

不得用于盛装易燃、毒性程度为中毒、高度或极度危害介质

Q235-A

≤1.0

0~350

≤16

不得用于液化石油气，以及毒性程度为高度和极度危害介质

上述两个钢号GB150第一号修改单已不允许使用

Q235-B

≤1.6

0~350

≤20

不得用于盛装毒性程度为高度和极度危害介质

Q235-C

≤2.5

0~400

≤30

1.1.220R钢板

1.1.2.1钢板标准

GB150-89（修改单）GB150-98

GB6654-86GB6654-96第2号修改单

最主要区别：

a.化学成分（熔炼分析）%钢水

C:

≤0.22≤0.20

Mn:

（厚度S>60mm,≤0.24）（厚度S>60mm,0.40~1.0）

0.35~0.800.40~0.90

S:

≤0.035≤0.030

降C提Mn除S，都是为了提高韧性Akv↑

b.室温冲击功（室温20℃标准试验平均值）

GB6654-86GB6654-96

Akv.J≥27≥31

第2号修改单：

P≤0.030%;S≤0.020%;0℃Akv≥27J。

↑

1.1.2.2使用状态

GB150-89GB150-98

壳体厚度大于38mm壳体厚度大于30mm

正火状态正火状态

（1．改善韧性2．稳定性能）（与16MnR一致）

1.1.2.3超声检测

GB150-89GB150-98

壳体厚度大于38mm时UT检测壳体厚度大于30mm时，UT检测

不低于Ⅳ级不低于Ⅲ级（与16MnR一致）

1.1.2.4使用温度下限

GB150-89GB150-98

2.2.6壳体温度低于0℃，厚度4.2.7壳体温度低于0℃，厚度大于

大于25mm，作低温冲击试验。

25mm，做低温冲击试验。

壳体温度低于-10℃，厚度大于12mm，做低温冲击试验。

1.1.2.5代用问题

GB150-89GB150-98

A2.6B级代20RA2.6B级不允许代20R只能代

Q235B,Q235C。

A2.720g代20RA2.720g只能代Q235C

1.2低合金高强度钢板

1.2.1钢号和钢板标准

GB150-98与GB150-89相比有三个变化：

1）GB6654-86和GB6655-86合并GB6654-96

2）13MnNiMoNbR纳入GB6654-96

3）CF-62（-20℃）定型代号07MnCrMoVR

GB150-89GB150-98

GB6654-96

16MnR16MnR第2号修改单:

S≤0.030%,P≤0.020%

15MnVRGB6654-8615MnVR0℃，31J

15MnNbRGB6654-96

15MnVNR15MnVNR第1号修改单

18MnMoNbR15CrMoRGB150-98第1号修改单

16MnRCGB6655-8618MnMoNbRGB6654-960℃，31J

15MNVRC13MnNiMoNbR第2号修改单:

18MnNiMoNbRS≤0.025%,P≤0.020%0℃，34J

CF-62（-20℃）附录A07MnCrMoVR附录A

GB6654-96：

第1号1998.1实行；第2号修改单2001.1.1实施。

第1号修改单：

增加15MnNbR其S≯0.015%,P≯0.025%,交货状态正火；-20℃冲击功为34J。

第2号修改单：

降低S,P含量;室温冲击功由20℃，改为0℃：

20R为27J，16MnR、15MnVR、18MnMoNbR均为31J、13MnNiMoNbR为34J；

冶炼方法改为氧气转炉、电炉冶炼……。

取消平炉冶炼。

1.2.216MnR钢板

1.2.2.1钢板标准

GB150-89GB150-98

GB6654-86GB6654-96

主要有七个变化：

（主要讲四个变化）

GB6654-96：

a.钢板厚度负偏差按-0.25mm，与美、日一样了。

b.拉伸性能

随厚度增加变化：

新标准把原来厚度档次的17～25mm与26～36mm合并成一个档次16～36mm。

σb的波动范围小了现为“130”（原为“145”）与国际先进标准靠拢。

c.[σ]：

σs现为≮325δ5现为≮21

厚度大于25mm的σb、σs提高了故[σ]也提高了

d.室温冲击功Akv提高了≥31J，现GB6654-1996第2号修改单把室

温冲击功Akv的试验温度由20℃改为0℃:

GB6654-1996原规定

GB6654-1996现规定

材料牌号

试验温度

AkvJ

试验温度

AkvJ

20R

20℃

31

0℃

27

16MnR

20℃

31

0℃

31

15MnVR

20℃

31

0℃

31

18MnMoNbR

20℃

34

0℃

31

1.2.313MnNiMoNbR钢板

仿德BHW35

1978舞阳试制，高压容器

250~400℃，其[σ]比16MnR高许多，单层厚壁压力容器用钢。

GB6654-96中，第2号修改单0℃Akv≥34J.

1.2.407MnCrMoVR钢板

球罐用钢，GB150-89中CF62（-20℃）

低焊接裂纹敏感性钢-20℃Akv≥47J

σb610~740MPa

σs≥490MPa

截止到1998年的统计，已制造安装了50多台球罐，要考虑应力腐蚀。

GB150附录AA2.1d）

1.3低温用钢板

1.3.1钢号和钢板标准

GB150-89GB150-98

16Mn2VDR16MnDR

09Mn2VDRGB3531-83（87）15MnNiDR

06MnNbDR09Mn2VDRGB3531-96

09MnNiDR

Cf62（-20℃）附录A07MnNiCrMoVDR附录A

1.3.1.1GB3531-83（87）GB3531-96

取消-90℃06MnNbDR,列入15MnNiDR,09MnNiDR

1.3.1.2CF62（-40℃）定型07MnNiCrMoVDR附录A

GB3531-96第1号修改单：

①P、S含量↓：

16MnDR:

P≦：

0.030%→0.025%，S≦：

0.025%→0.015%

15MnNiDR:

P≦:

0.030%→0.025%，S≦：

0.025%→0.015%

09MnNiDR:

P≦:

0.025%→0.020%，S≦：

0.020%→0.015%

②取消09Mn2VDR

③16MnDR冲击功Akv24J↑27J

④冶炼方法：

取消平炉，钢由氧气转炉、电炉冶炼

1.3.216MnDR钢板

1.3.2.1钢板标准

GB150-89GB150-98

GB3531-83（87）GB3531-96

两个最大区别:

a.板厚负偏差

按GB709-0.25

现GB6654-96,GB3531-96负偏差均为-0.25

[GB3274-88（碳素钢铁和低合金钢）.GB4237-92（不锈钢板）按GB709]

b.低温冲击功Akv

板厚mmAkvJ板厚mmAkvJ第1号修改单

6~32-40℃≥216~36-40℃≥24↑27J

30~50-30℃≥2130~100-30℃≥24↑27J

1.3.2.2代用问题

GB150-89GB150-98

A2.816MnR代16MnDR取消

A2.16SPV36代16MnDR

1.3.309MnNiDR

1.3.3.1钢号简介

低于-45℃用Ni系低温钢

经降C,升Mn,降P,降S改进后,09MnNiDR

6~50MM-70℃,Akv≥27J国际水平.

1.3.407MnNiCrMoVDR钢板

CF-62（-40℃）

12~50mm-40℃Akv≥47J

乙稀球罐。

国外球罐用钢:

我市有用。

日本JISG3115-90中的SPV490Q钢板调质钢,现国产钢板WH610D2（490Mpa级）。

NK-HITEN610U2，钢板（锻件NK-HITEN610CF）棒韧性,焊接性能还好.

1.4中温抗氢用钢板

1.4.1钢号钢板标准

GB150-89GB150-98

15CrMoR15CrMoR—GB6654-96

1.0Cr-0.5Mo附录A.14Cr1MoR—附录A.

12Cr2Mo1R（1.25CrMo1R）

（0.15Cr-1.0Mo）12Gr2Mo1R-附录H.（2.25GrMo1）

1.4.215CrMoR钢板

1.4.2.1简介

现GB6654-966~100mmAkv≥31J.

1.5不锈钢板

1.5.1钢号钢板标准

GB150-89GB150-98

GB3280-84GB3280-92不锈钢冷轧钢板

GB4237-84GB4237-92不锈钢热轧钢板

0Cr19Ni90Cr18Ni9

（SUS304）（ISO11）

C≤0.08≤0.07

Cr18～2017～19

0Cr18Ni11Ti0Cr18Ni10Ti节Ni

（SUS321）（美321）

0Cr19Ni1100Cr19Ni10节Ni

（sus304L）（美304L）

1.5.2lCr18Ni9Ti钢板

当时苏联标准

0Cr18Ni9Ti

后不推荐使用,84打（）,加Ti成本高,形成

TiN,均匀腐蚀,表面质量.C≤0.12%

0Cr19Ni9（304）C≤0.08%.成本降低.

1.6不锈钢复合钢板

1.6.1概况

60年代中轧制法GB8165-87不锈钢复合钢板

80年代中爆炸法JB4733-96压力容器用爆炸不锈钢复合钢板

2002年8月又发布了JB/T4748-2002压力容器用镍及镍基合金爆炸复合钢板（即镍铜合金）。

于2003年3月实施。

由于我国压力容器产品标准与美国、日本的有所不同，安全系数存在较大差异，我国的安全系数较低，因此对材料应有更高的要求。

故本标准规定的检验项目严于JISG3602-1992和ASMESA-265（1998）标准的要求。

1.6.2钢板性能

根据上世纪标准颁布年代的统计JB4733-96比日本标准还严.

1.6.3本标准规定

GB150-89GB150-98

GB8165-87GB8165-87

JB4733-96

1.2.10仅对使用温度范围规定.4.2.12现规定明确:

剪切强度τb≥200MPa

结合率指标及超声检测范围均

有明确规定.

国外仅有日本能达到,

美国τb≥140MPa

2．钢管

2.1碳素钢管、低合金钢管

10、20GB8163-1999输送流体用无缝钢管

GB9948-88石油裂化用无缝钢管

20GGB6479-2000高压化肥设备用无缝钢管

16Mn15MnV另外在附录A中给出了其他可代用的钢管标准。

如：

GB3087、GB5310等。

2.2低温钢管

取消-70℃09Mn2V

列入-50℃09MnD

2.3列入低合金耐酸钢管

增加09MnCrCuSb附录HH4.（Sb-锑音-Ti）

2.4不锈钢无缝钢管

GB150-89GB150-98

GB2270-80不锈钢无缝钢管GB/T14976-94流体输送用无缝

钢管

GB13296-91锅炉、热交换器用

无缝钢管

2.5不锈钢焊接钢管

GB12771-91流体输送用不锈钢焊接钢管

A4.2GB12771基础上再提高

技术要求和使用规定。

3．锻件

锻件用钢应采用平炉、电炉或氧气转炉冶炼的镇静钢。

经供需双方协商。

可采用电渣重熔、炉外精炼方法（注意：

低温钢锻件不允许用平炉钢冶炼）。

3．1标准简介

.

GB150-89GB150-98

JB4726-2000压力容器用低合金钢锻件对

JB755-85JB4726-1994进行修改，有如下变动：

1．取消了目前已不使用的15MnV；

2．增加了一个中温抗氢钢14Cr1Mo；

3．根据国内目前先进的冶金水平，

大幅度降低磷、硫含量，达到国际先进水平；

4．16Mn、20MnMo、20MnMoNb钢锻件用0℃

冲击试验，代替20℃冲击试验，以适应压力

容器产品标准的要求。

5．考虑到压力容器的安全性，对本标准中的

各钢号增加了附录B的规定；（安全注册）

JB4727-2000低温压力容器用低合金锻件对

JB4727-1994进行修改，有如下变动；

1．取消了目前已不使用的20D及不推荐使用

的09Mn2VD,因此，本标准名称改为“低温压

力容器用低合金钢锻件”

2．将16MnMoD和20MnMoD合并成新的20MnMOD；

3．根据国内目前先进的冶金水平，降低了硫

含量，达到国际先进水平。

4．提高了16MnD和09MnNiD的低温冲击功指标。

5．考虑到压力容器的安全性，对本标准中的各

钢号增加了附录B的规定；（安全注册）

JB4728-2000压力容器用不锈钢锻件对

JB4728-1994进行修改，有如下变动；

1．取消了目前已不使用的1Cr13；

2．增加了一个奥氏体不锈钢0Cr18Ni12Mo2Ti；

3．根据国内先进的冶金水平，00Cr18Ni5Mo3Si2的磷、硫含量降低了，达到国际先进水平；

4．考虑到压力容器的安全性，对本标准中的各

钢号增加了附录B的规定；（安全注册）

从1994标准已经开始：

冲击功由U型缺口V型缺口

3．2锻件级别（过去也是如此）

JB4726-2000ⅠⅡⅢⅣ

JB4727-2000ⅡⅢⅣ

JB4728-2000ⅠⅡⅢⅣ

GB150-89GB150-98

4.4.2锻件级别要在图样上注明，如：

16MnⅡ-区分了锻件与管

09MnNiDⅢ

4.螺柱用钢

4.1列入40CrNiMoA-大直径高压容器主螺栓。

M52~M140σb≥930MPaσs≥825MPa.

4.2增加表4-8

螺栓与钢板、钢管、锻件一样冲击功都为AkvUV

GB150-98:

4.5.2[4.5.2.3中GB/T229（金属夏比缺口冲击试验方法）]规定。

4.3降低30CrMoA强度指标

用于低温-100℃

另外GB150中还给出了与各螺柱用钢（表4-8，表4-9）组合使用的螺母用钢。

可按表4-10选取，设计人员也可选用有使用经验的其他螺母用钢。

5.关于焊接材料

关于焊接材料：

GB150第二号修改单中颁布了JB/T4747-2002压力容器用钢焊条订货技术条件。

2002年8月发布，2003年3月实施。

由于压力容器是具有爆炸危险的特种设备，近20多年来，国家锅炉压力容器安全监察机构颁布了《压力容器安全技术监察规程》、《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》等法规。

以及相应的产品标准。

GB150-1998中对压力容器用钢（钢板、钢管、锻件等）作了规定。

GB3531-1996