壓力容器的材料性能對于壓力容器的安全性是極其重要的,選材不當不僅會增加成本,而且有可能導致壓力容器發生損壞。壓力容器的選材不僅要求具有較高的強度、良好的塑性和腐蝕性能,而且還要求其具有良好的沖擊韌性。壓力容器材料具有良好的韌性對壓力容器安全運行具有重要意義。在外部載荷的作用下,壓力容器中的缺陷往往會發生擴展,當裂紋擴展到某一臨界尺寸時就會引起斷裂。臨界裂紋尺寸的大小主要取決于鋼的韌性,如果鋼的韌性高,壓力容器所允許的臨界裂紋尺寸就越大,安全性也就越高。因此,為防止發生脆性斷裂和裂紋快速擴展,壓力容器常選用韌性良好的鋼材。
1壓力容器用鋼的沖擊功規定
為預防碳素鋼和低合金鋼制壓力容器發生脆性破壞,壓力容器設計法規和標準中均規定了碳素鋼和低合金鋼的沖擊功值。我國現行的關于壓力容器設計的法規標準主要包括JB4732-1995《鋼制壓力容器分析設計標準》、TSG RO004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》和 GB150-2011《壓力容器》。
碳素鋼和低合金鋼的沖擊功數值大小隨著鋼材強度的增強而增大。這是由于總沖擊吸收功(能量)包括裂紋形成功和裂紋擴展功,材料強度提高則沖擊過程中的裂紋形成功提高,而抵抗材料發生脆斷的主要是裂紋擴展功大小,只有足夠高的裂紋擴展功才能防止脆斷的發生,所以強度級別高的鋼材必須具有較高的沖擊功才能預防其發生脆性破壞。
GB150-2011《壓力容器》對碳素鋼和低合金鋼的沖擊功數值大小的規定與TSG RO004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》中規定的相同,而GB150-2011《壓力容器》不僅規定了鋼板、鋼管和鋼鍛件的沖擊功值,并且還要求鋼板、鋼管和鋼鍛件的焊接接頭(焊縫中心和焊接熱影響區)的沖擊功低值也應滿足規定。
2壓力容器用鋼的沖擊功規定
壓力容器承壓設備用材主要包括鋼板、復合鋼板、鋼管、鍛件以及緊固件,對各類材料的沖擊功都有具體的規定。
2.1壓力容器用鋼板的沖擊功規定
壓力容器承壓設備用鋼板的沖擊試驗分別按照GB713《鍋爐和壓力容器用鋼板》、GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》和 GB19189《壓力容器用調質高強度鋼板》的規定操作。
對于需要提高沖擊功指標以及需要進行低溫沖擊試驗的情況,應在設計文件中明確規定。
GB713《鍋爐和壓力容器用鋼板》規定:
( 1)對厚度<12 mm鋼板的夏比(V型缺口)沖擊試驗應采用輔助試樣,8 mm<鋼材<12 mm的輔助試樣尺寸為10 mm x 7.5 mm x 55 mm,其試驗結果應≥標準中表1規定值的75% (6 ~8 mm )。
( 2)鋼板輔助試樣尺寸為10 mm x 5 mm x 55mm,其試驗結果應≥標準中表1規定值的50%。
(3)厚度<6 mm的鋼板不做沖擊試驗。
( 4)對于厚度≥12 mm鋼板的夏比(V型缺口)沖擊試驗采用標準試樣,具體尺寸依據GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》,標準試樣尺寸為10 mm x 10 mm x 55 mm。
鑒于Q235系列鋼板在搪玻璃受壓容器、真空絕熱容器、低溫低壓容器和支座墊板等均有使用的情況,GB150-2011《壓力容器》中在附錄中明確規定了Q235系列鋼板的沖擊功要求。
Q235系列鋼板(包括Q235B和Q235C)的沖擊試驗要求如下:
厚度≥6mm的鋼板應進行沖擊試驗,試驗結果應符合GB / T700的規定。對用于使用溫度0~20 C、厚度≥6 mm的Q235C鋼板,容器制造單位應附加進行試樣的0 C沖擊試驗。3個標準中沖擊試樣的沖擊功平均值KV2≥27J,1個試樣的沖擊功以及小尺寸沖擊試樣的沖擊功數值按GB / T700標準的相應規定。