高强钢在化工设备中的应用要求

高强钢在化工设备中的应用要求（西安核设备有限公司设计部杨文峰）摘要：将有关压力容器标准和规范中的对高强钢（标准抗拉强度下限制值σb540MPa）的规定要求进行分类和总结，以便设计、制造和检验人员的工作。关键词：高强钢设计应遵循的要求制造和检验应遵循的要求1.前言近几年，由于石油化工、煤化工等行业的迅猛发展，高强钢（标准抗拉强度下限制值σb540MPa）越来越多的被选用作为制造化工设备的原材料。特别是在大型中高压设备中，选用合适的高强钢，既能保证容器有足够的强度，良好的抗腐蚀性和抗氧化性，又能降低生产成本，从而提高设备的经济性。但是，一般由于高强钢的屈服强度较高而导致塑性降低，给冷加工带来困难；其次由于高强钢的缺口敏感性较大、晶粒粗大和淬透性强等原因，高强钢的焊接性能比普通碳素钢有所下降，通常都要求不同程度的焊前预热；再是高强钢有延迟裂纹和再裂纹倾向等不利于冷热加工的因素存在。因而，在选用高强钢设计制造化工设备时，为了确保压力容器的安全可靠运行，一定要遵循相应的设计制造标准和安全规范要求。2.设计应遵循的要求2.1材料的选用原则和规定：（1）压力容器用高强钢的选用原则与一般钢材的选用原则相同。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、容器的制造工艺性和经济合理性；（2）“低温低应力工况”下不适用采用高强制造压力容器；（3）首次使用高强钢制造压力容器应按文献（2）第7条规定办理批准手续；（4）在湿H2S应力腐蚀环境中使用高强钢时，材料应满足以下各条要求：a）材料标准规定的屈服强度σs≤355MPa；b）材料实测的抗拉强度σb≤630MPa；c）材料使用状态应力至少为正火或者正火+回火、退火、调质状态；d）碳当量限制（当碳当量限制超标时，应加大硬度限制的监测频度）；CE≤0.45CE=C+Mn/6+(Cr+MO+V)/5+(Ni+Cu)/15；e）对非焊接件或焊后经正火或者回火处理的材料硬度限制如下：HV（10）≤245（单个值）；f）壳体用钢板厚度大于20mm时，应按JB/T4730.3进行超声波探伤，符合Ⅱ级要求。（5）低合金高强度钢的焊接应按钢材的抗拉强度等级选用相应等级的低氢或者超低氢焊接材料，并采取缓冷处理，以减少焊接的裂纹倾向，提高焊接韧性。2.2容器类别的划分：使用高强钢制造的压力容器应划分为第三类压力容器。2.3结构设计规定：（1）接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构形式；（2）高强钢制造的压力容器的开孔补强应采用整体补强结构（即增加筒体或封头的壁厚，或者采用整体补强锻件与筒体或封头相焊）；（3）接管与壳体的焊缝结构应尽量采用翻边结构或者安放式结构，以减少接管的拘束度，从而防止冷脆导致焊缝开裂；（4）在选用插入式接管与壳体连接时，接管内径边角处应倒圆，圆角半径的选取按文献（1）附录J的规定。2.4热处理和无损检测要求：（1）低合金高强钢制造的压力容器一般应在图样中提出焊后整体热处理的要求；（2）高强钢制造的压力容器应在图样中规定A类和B类焊缝必须进行百分之百的射线和超声检测要求；（3）高强钢制造的压力容器壁厚大于20mm时，其对接接头如采用射线检测，每条焊缝还应附加超声检测；如采用超声检测，则每条焊缝还应附加射线检测；无法进行射线检测或者超声检测时，应采取其他方法进行局部无损检测。附加局部无损检测还应包括所有焊缝的交叉部位，附加局部检测的比例按文献（2）第84条规定的原无损检测比例的20％；（4）当高强钢用于低温压力容器时，应在图样中规定：所有的对接焊缝必须进行百分之百的射线或者超声检测要求；所有的壳体焊缝表面和热影响区必须进行百分之百的磁粉或者渗透探伤。3.制造和检验应遵循的要求：（1）当采用火焰切割下料时，应采用打磨或者机械加工的方法清除热影响区和淬硬区，并对切割表面进行磁粉或者渗透探伤；当采用碳弧气刨时，应采用砂轮打磨，清除渗碳层，并对气刨表面进行磁粉或者渗透探伤；（2）高强钢制造的容器表面的工夹具焊痕、飞溅、弧坑等均应用砂轮打磨光滑，并做磁粉探伤；（3）高强钢钢板的补焊深度大于4mm时，补焊后应进行射线探伤，表面应进行磁粉或渗透检查；（4）高强钢制造的压力容器的焊缝表面不得咬边；A类和B类焊缝的余高e1和e2的要求按表1和图1的规定。表1图1（5）高强钢制造的压力容器每台应制作产品焊接试板；（6）高强钢用于多层包扎容器的层板，层板的C类焊接接头在修磨后，应进行磁粉或者渗透检测，不得存在裂纹、咬边和密集气孔；（7）低合金高强度钢在焊接前应进行预热处理，预热温度和时间按照母材的强度等级、厚度以及环境温度进行选取；（8）低合金高强度钢制造的压力容器的焊后热处理温度一般按照材料的化学成分和性能选取推荐值；（9）高强钢制造的压力容器的无损检测按照标准规范和图样的规定。（10）高强钢制造的压力容器在液压试验后，符合下列条件为合格：a）无渗漏；b）无可见的变形；c）试验中无异常的声响；d）表面经无损检测抽查未发现裂纹。（11）高强钢制造的球形储罐，使用一年后应开罐检查。4.结束语：以上是对高强钢在压力容器设计、制造和检验方面的有关标准和规范条文的分类和总结，希望对设计、制造和检验工作者有所帮助。参考文献：（1）GB150-1998《钢制压力容器》国家技术监督局；（2）《压力容器安全技术监察规程》1999版国家质量技术监督局；（3）HG20580～20585-1998《钢制化工容器设计基础规定》；《钢制化工容器材料选用规定》；《钢制化工容器强度计算规定》；《钢制化工容器结构设计规定》；《钢制化工容器制造技术规定》；《钢制低温压力容器技术规定》。作者简介：杨文峰男1975－工程师从事压力容器的设计和制造工作通讯地址：西安核设备有限公司设计部710021联系电话：[phone]E-mail：[e-mail][e-mail]