（2）应力腐蚀

应力腐蚀是指金属在持久拉应力和腐蚀性环境联合作用下产生腐蚀 裂纹,并使裂纹迅速扩展,从而可能出现的早期性破坏的腐蚀形式. 几种常见的应力腐蚀环境:

a.碳钢及低合金钢焊制化工容器对介质NaOH的应力腐蚀与介质浓度、温度有关。当

NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积大于等于5%时，也应根据NaOH溶液的浓度符合该要求。NaOH溶液浓度小于等于1%或NaOH溶液在其与烃类的混合物中体积小于5%时，不受此限制。 NaOH溶液 NaOH溶液

重量% 2 3 5 10 15 20 30 40 50 60 70 温度上限

（℃） 90 88 85 76 70 65 54 48 43 40 38

当超过以上范围的碳钢、低合金钢材料需焊后进行消除应力热处理。 b.湿H2S应力腐蚀

介质同时符合下列条件时，即为湿H2S应力腐蚀环境： ①温度小于等于（60+2P）℃； P为压力，MPa

②H2S分压大于等于0.00035MPa即相当于常温在水中H2S溶解度大于等于10p.p.m； ③介质中含有液相水或处于水的露点温度以下； ④PH＜9或有氰化物(HCN)存在。 C.液氨应力腐蚀环境

当容器接触的液氨介质同时符合下列各项条件时，即为液氨应力腐蚀环境：

①介质为液态氨，含水量不高（≤0.2%）,且有可能受空气(O2或CO2)污染的场合； ②使用温度高于－5℃。

对于应力腐蚀环境的容器除进行焊后消除应力热处理，在焊接要求、 焊接接头硬度等方面都要提出具体要求。

奥氏体不锈钢材料在氯化物溶液、高温水、高浓度NaOH等介质往往产生应力腐蚀。 （3）氢腐蚀环境

氢在常温常压下不会对铁碳合金引起氢蚀，当温度在200℃~300℃发生“氢脆”，金属在高温下与氢反应生成甲烷，甲烷气在晶界空隙内引起裂纹，使材料的塑性降低，引起这种腐蚀有合成氨、合成甲醇、石油加氢等工业生产，

设计温度大于等于200℃与氢气氛相接触的压力容器用钢应按纳尔逊曲线选材，并应留有20℃以上的温度安全裕度。满足于曲线的碳素钢和珠光体耐热钢在氢气氛中使用须经过焊后消除应力热处理。

奥氏体不锈钢在氢分压范围的氢气中使用都是满意的，焊后也无必要进行消除应力热处理。

（4）晶间腐蚀

可能引起晶间腐蚀环境必须是存在电解质的电化学腐蚀环境，奥氏体不锈钢晶间腐蚀的

电解质主要是酸性介质。如：工业醋酸、甲酸、硝酸、草酸、盐酸、硫酸、磷酸等。 防晶间腐蚀的措施：1）固熔化处理2）降低钢中碳含量3）添加稳定碳化物的元素 （Nb. Ti. Ni）

3． 材料的物理性能

材料的主要物理性能包括：密度ρ、导热系数λ、比热c、熔点tm、线膨胀系数α等。在不同的使用场合，对材料的物理性能有不同的要求，如用于传热表面的材料要求有较高的导热系数。

4．制造工艺性能

材料的工艺性能，选择不合适，会造成加工困难。压力容器应考虑的制造工艺性能有焊接性、锻造性、切削加工性、热处理性及冲压性等。对压力容器来说重要的是材料的焊接性,一般控制材料的含碳量小于0.25%。 材料的含碳量越高，热影响区的硬化与脆化倾向越大，在焊接应力作用下容易产生裂纹。

奥氏体不锈钢的使用温度高于525℃时，钢中含碳量应不小于0.04%。因为奥氏体不锈钢的使用温度500~550℃时，钢中含碳量太低，强度和抗氧化性会显著下降。 （三）压力容器用钢 1．钢板 （1）碳钢

压力容器常用的是碳素结构钢，包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。 a.普通碳素结构钢

普通碳素结构钢的技术要求，按《碳素结构钢》规定。质量分A、B、C、D四级，以脱氧方法不同又分沸腾钢、半镇静钢、镇静钢。

镇静钢，是钢液在浇注前经过完全脱氧，凝固时不沸腾，故称镇静钢。这种钢锭内无气泡，钢材质量较高。钢牌号由代表屈服强度的字母，屈服强度值，质量等级符号等部分组成，如：

Q215-A Q215-B Q235-A Q235-B Q235-C Q235-D Q255-A 255-B 钢板使用范围 GB700-88 P (MPa) T (℃) δ

(mm) 介质限制

Q235-B（做常温冲击试验） ≤1.6 0~350 ≤20 不得用于毒性为高度、极度危害介质 Q235-C（做0℃冲击试验） ≤2.5 0~350 ≤30 Q235-D（做-10℃冲击试验）

沸腾钢，是在钢的冶炼过程中加入弱脱氧剂（锰铁）脱氧，因此在钢液中还保留相当数量的FeO，在浇注与凝固时，由于碳和FeO反应，钢液中不断析出CO，产生沸腾，故称为沸腾钢，如牌号Q235-A?F

这种钢锭成材率高，但在钢锭内有许多小气泡（该气泡在锻轧时能排除），且偏析较严重，因此，不能确保容器安全运行，避免和减少事故的发生，在各国压力容器设计规范中都对其使用加以限制。

半镇静钢介于沸腾钢与镇静钢之间，用“b”来代替“F”。 b.优质碳素结构钢

优质碳素结构钢与普通碳素结构钢相比：硫、磷含量较少，机械强度较高。按GB699-88《优质碳素结构技术条件》规定。

压力容器用钢与锅炉用钢类同，首先要求保证足够的强度，还要有足够的塑性，质地均匀等。因此，必须用杂质和有害气体容量较低的碳镇静钢。对于专业用钢符号，只需在优质碳素钢后面加字母“R”、“g”，如：20R、20g。 (2)低合金钢

低合金钢是指钢中合金元素总含量在2~5%以下的钢种，与一般碳素钢相比，它的机械性能提高了，耐热性、耐腐蚀性、耐磨性都有所提高。因此，它在压力容器制造业中得到广泛的应用。

压力容器用低合金高强度的钢的屈服强度范围为294~696MPa。

a.低合金钢中最常用的有：16MnR，它不仅硫、磷含量控制较严，更重要的是要求保证足够的冲击韧性，在钢材验收方面也比较严格。因此其使用压力不受限制。使用温度下限可达-20℃，是目前应用极广的好材料。 b.中温抗氢钢

氢在常温压下不会对铁碳合金引起显著的腐蚀，但当温度为200~300℃，压力高于

30MPa则将产生极强的腐蚀作用，发生所谓“氢脆”现象。这种腐蚀常常是合成氢、合成甲醇、石油加氢等工业中设备破坏的主要原因。它们都在高温高压氢的环境中工作，会发生氢腐蚀破坏，氢渗入钢中与钢中渗碳体发生以应生成甲烷，使渗碳体脱碳变为铁素体。甲烷气集积于晶界的微空隙内，形成局部高度应力集中而引起裂纹甚至鼓泡，渗碳体还原为铁素体时体积缩小约7%，由此产生组织间的应力，更促进裂纹发展，这时裂纹的扩展又给氢与碳的结合提供了条件，使钢完全脱碳而产生裂纹，这就是氢腐蚀的实质。它既可能发生在金属表面也可发生在金属内部。因此，它是一种十分危险的晶间型破坏。 防止氢腐蚀的途径有:

一是降低降低钢中碳的含量，例如采用微碳纯铁，可以完全消除氢腐蚀产生的根源；二是采用抗氢钢，在钢中加入钼、铬、钨、铌、钛等元素，形成稳定的铬、钼等碳化物，使氢与碳不能结合。我国生产的中温抗氢钢有：15CrMoR、14Cr1MoR等。 c.低温用钢

压力容器的破坏通常都有是由于内压产生的机械应力达到容器材料的强度极限而发生的。但是，当温度降低到某一范围后，容器壁内的应力在没有达到屈服限，甚至低于许用应力的情况下也会发生破坏。相同的材料，相同规格的容器温度愈低，容器的爆破压力也愈低。这种现象称为低应力脆性破坏。

产生容器低应力破坏的主要原因之一是由于钢材在低温下的冲击功值明显下降，因此，低温用钢的质量在很大程度上取决于在使用温度下冲击功的大小。

低温容器受压元件用钢必须是镇静钢，碳素钢和低合金钢板使用温度低于或等于-20℃时，其使用状态及最低冲击试验温度应符合GB150中4.2.8节 表4-2的要求。

在低温容器中的受压元件均必须进行低温夏比（V型缺口）冲击试验，钢材应按批进行冲击试验复验。

(3)高合金钢

高合金钢的合金元素总含量大于10%，其中奥氏体不锈钢在常温和低温下有很高的塑性和韧性，不具磁性。由于这种钢是单相的奥氏体组织，在许多介质中有很高的耐蚀性。其中铬是不锈耐酸钢抗氧化性耐蚀性的基本元素，合金中含碳量的增加将降低耐蚀性能，所以该含碳量0.08~`0.12%左右为高碳级不锈钢，钢号前以“1”表示。含碳量0.03

不锈钢的导热系数λ是碳钢的1/3~1/4，而它的线膨胀系数α却是碳钢的1.5倍。因此，在焊接时必须注意，否则会引起很大的残余应力。

压力容器常用的此类板材的钢号有：OCr18Ni9、OCr18Ni10Ti、OCr17Ni12Mo2； 2.钢管

选用钢管应根据容器的具体设计条件，尽量选用和容器相匹配的材料，和容器一样注意碳素钢、碳锰钢在高于425℃温度下长期使用，钢中碳化物相的石墨化倾向，奥氏体不锈钢在特定条件下的晶间腐蚀倾向

对于较高压力的接管或以增加壁厚作为开孔补强时，根据需要选用标准中壁厚较大的无缝钢管。

换热管用钢管使用还应符合GB151的规定。 3.锻件

锻件按使用要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别，每个级别的检验要求及指标要求按JB4726~4728-2000规定。用作圆筒和封头的筒形和碗形锻件及公称厚度大于300mm的低合金钢锻件应选用Ⅲ级或Ⅳ级。

锻件的级别由设计单位确定，并应在图样上注明，如16Mn Ⅱ。 4．紧固件

紧固件的使用温度范围应符合GB150表4-10,螺栓的硬度应比螺母稍高（HB30），可通过选用不同钢材或不同热处理而获得。 表 紧固件的使用温度范围 螺柱

钢号 螺母用钢 钢号 钢材

标准 使用温度范围（℃） 其 它 限 制 Q235-A 35 Q215-A Q235-A GB700