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【摘 要】在承压设备设计中，正确的选择材料对于保证设备的结构合理、安全使用和降低制造成本是至关重要的。材料的选择必须要考虑到许多因素，除了考虑到所选用的材料要具有良好的耐腐蚀性能、对介质无污染，还必须知道：材料应具有足够的强度和良好的焊接性能和其它加工性能，应选择适合于工艺和机械两方面要求的最经济的材料。此外，这些材料应该是在整个设备工作寿命期限里，考虑到维修、更新等因素在内的成本最低的材料。
【关键词】承压设备；力学性能；化学性能；工艺性能；物理性能
承压设备包括锅炉、压力容器、气瓶和压力管道，这类设备广泛用于国民经济各个方面，它们的共同特点是涉及生产和生命安全，一旦发生事故危害性较大。
随着社会不断进步和科学技术的发展，在各应用领域内，承压设备在日趋大型化、高参数、结构多样性的同时，其工作条件也越来越趋苛刻，在使用过程中不可避免的要承受外界风载荷或地震作用。在各工业部门中，承压设备所处理、盛装的介质品种繁杂且多种多样，这就要考虑到介质的危害性、腐蚀条件等等。随着全球环保意识的提高，世界各国都制定了环保标准，为保证人身健康安全，环境保护方面的要求是强制性的、法规性的。这些条件不但在设备的结构、材料、设计技术方面，而且在制造技术和使用管理方面都提出了更加严格的，同时也应该是更加安全可靠的要求，当然还要找到经济的工业化实施办法。因此合理的选用材料对于设备的结构合理，安全、长期运行和降低成本是非常重要的。
制造承压设备的材料多种多样，就目前情况，钢材仍然是实际工程中应用最广泛的材料。对于有特殊耐腐蚀性能要求的场合，有色金属甚至非金属材料也经常考虑用于设备。承压设备选用钢材应考虑设备的使用条件（如设计压力、设计温度、介质特性和操作特点等）、材料的性能（力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能）、设备的结构及制造工艺、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理等等，同时要考虑到制作的经济合理性。
现将金属材料的性能（力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能）分别简述如下:
１．力学性能
金屬材料在一定的温度和外力作用下，所表现出抵抗某种变形或破坏的能力称为钢材的力学性能又叫机械性能。
金属材料的力学性能决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力及表面和内部缺陷等内在因素，但外在因素如载荷性质、应力状态、温度、环境介质等对金属的力学性能也有很大的影响。金属材料在加工和使用过程中所受到的外力称为载荷。根据作用性质不同，载荷可分为静载荷、动载荷。动载荷又可分为冲击载荷和循环载荷（也称交变载荷）。金属材料受到载荷作用时，发生几何尺寸和形状的变化称为变形。变形一般可以分为弹性变形和塑性变形。金属材料在外力作用下将产生变形，对于大多数材料，当外力不超过一定限度时，去除外力后，物体将恢复原有的形状和尺寸，这种性质称为弹性。随着外力消失而消失的变形，称为弹性变形。弹性极限是指试样在试验过程中，发生弹性变形时所能承受的最大应力。弹性极限是金属材料由弹性变形过渡到塑性变形时的应力。应力超过弹性极限时材料将开始发生塑性变形。塑性变形是指不可消失的变形，也叫永久变形。
钢材的常规力学性能主要指标有：强度、塑性、硬度、韧性等。这些性能指标是设备选材和强度计算的首要考虑因素。
（1）强度：金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。
金属材料在常温下常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时，在拉伸试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。屈服强度分为：上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力；下屈服强度：在屈服期间，不计初始瞬间效应时的最低应力。对于退火、正火、调质状态的碳素钢和低合金结构钢存在物理屈服现象，在应力——应变曲线上出现上屈服强度、下屈服强度，这类材料取其下屈服强度为该材料的屈服强度。对于其他类没有明显物理屈服现象的材料，如不锈钢、淬火状态的碳素钢及低合金钢等，则根据零件或构件服役条件可以允许的残余变形量，人为地规定产生一定量的残余伸长时的应力作为条件屈服强度。例如：规定非比例延伸强度；规定总延伸强度；规定残余延伸强度。由于金属材料在使用过程中，如果受力过大而产生过量的塑性变形，就会失效。所以材料的屈服强度或条件屈服强度是设计选材的主要依据，也是评定金属材料优劣的重要指标。
抗拉强度：它表现材料在拉断前所能承受的最大应力值，超越此应力值材料就进入低应力破坏阶段，所以抗拉强度也表示材料抵抗断裂的能力。抗拉强度是决定材料许用应力的主要依据之一，是设计选材的重要依据。
材料高温性能的重要指标有蠕变极限和持久强度极限，其区别仅在于侧重点不同。蠕变极限以考虑变形为主，只允许产生一定的变形量时，在设计时就应考虑蠕变极限；持久强度极限主要考虑在长期使用下的破坏能力，有些部件，高温下使用时间较长，对蠕变变形限制不严，但必须保证使用时不破坏，这就需要用持久强度极限作为设计的主要依据。
蠕变是金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。蠕变现象随温度的升高而显著。其它情况相同时，温度越高，蠕变速度越快。蠕变极限是指材料在一定温度下和在规定的持续时间内（如10万小时），产生1%变形量时所施加的最大应力值。
持久强度极限是在给定的温度下，使材料经过规定时间不发生断裂的最大应力，是材料在高温长期负荷作用下抵抗断裂的能力。
对于高温承压设备，钢材在较高温度作用下，材料的力学性能和金属组织都会发生一定的变化，同时承受一定的压力载荷，因此要求材料在高温情况下仍具有强度性能和材料组织的稳定性，必须选用在相应温度下能保持其强度指标的材料。如果材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键的，必要时采用特殊合金。
对于长期承受交变应力作用的金属材料，还要考虑疲劳破坏。疲劳破坏是材料在小于屈服强度的交变应力长期作用下，没有明显的塑性变形，最终产生贯穿材料壁厚的疲劳裂纹或突然发生完全断裂的现象。疲劳破坏是设备零件失效的主要原因之一，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故。疲劳强度是材料经过无限多次（对于一般钢材多以107次计）反复交变载荷作用而不破坏时的最大应力。可以采取下列措施来提高疲劳强度：改善零件的结构形式，避免尖角、缺口、截面突变等，以避免应力集中引起疲劳裂纹；采用化学热处理、表面淬火、喷丸和滚压等表面强化处理，提高其表面强度；降低零件表面粗糙度，提高表面加工质量，尽可能减少可能成为疲劳源的表面损伤和缺陷等一系列措施均可提高零件的疲劳强度。对于承受周期性循环载荷的容器分析设计，则还应该考虑到材料的疲劳强度。 （2）塑性：是指金属材料在载荷作用下产生最大塑性变形而不破坏的能力。
伸长率和断面收缩率是工程上广泛应用的表征金属塑性好坏的两个力学性能指标，相应的数值愈大，钢材的塑性愈好。
伸长率：试样受拉力断裂后，总伸长量与原始长度的比值的百分率称为伸长率也叫延伸率。
断面收缩率：试样受拉力断裂后，试样截面的缩减量与原截面之比的百分率称为断面收缩率。
良好的塑性即可使材料冷压成型性好，重要的受压零件可防止超载时发生脆性断裂。在承压设备设计中往往要求材料有较好的塑性不仅是为了适应加工制造的需要，更主要是为了在承压设备使用中缓解高度集中的局部应力，避免设备因局部应力升高而导致直接破裂。但对塑性的要求有一定的限度并非越大越好。钢材的塑性过大，一般其强度会降低，这不但会降低钢制零件的使用寿命，而且会加大零件的自身重量，浪费材料。
（3）硬度：材料表面抵抗较硬物体划刻或压入的能力。
依试验方法和试验范围的不同，硬度可以分为：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
硬度值不是一个单纯的物理量，它表征着材料的弹性、塑性、形变强化、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性指标。硬度也可以说是材料对局部塑性变形的抗力；一般情况下，材料的硬度高，其耐磨性能也较好；故常将硬度值作为衡量材料耐磨性的重要指标之一。如果承压设备是用于处理有摩擦性的固体或含有可能引起磨蚀的悬浮固体的流体物料时，则应考虑材料的表面硬度。制造承压设备的金属材料并非硬度愈高愈好，并非强度愈高愈好。
（4）韧性：材料对冲击载荷的抵抗能力，一般以冲击吸收功来衡量韧性的大小。金属在断裂前吸收变形能量的能力称为韧性指标。
常用的韧性指标有：冲击韧性、断裂韧性等。
冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力或者说断裂时吸收冲击功的能量大小，它表示材料对冲击负荷的抗力。
韧脆转变温度：大部分钢材的韧性都会随着温度的下降而降低，当达到某一温度时，材料的冲击韧性显著降低，材料将发生韧脆转变现象。我们把使材料的冲击韧性显著降低的温度叫做脆性转变温度。金属材料在高温下具有较高的韧性，而在低温下变脆。由于试验材料的特性、试样加工变量及操作因素等影响，韧脆转变实际上是在一定的温度范围内发生的。金属材料的韧脆转化温度越低，其在低温条件下的韧性不会降低，仍具有较强的抵抗冲击载荷的能力，可以在高寒地区或低温条件下使用。对于低温设备，在选择金属材料时，应考虑其工作条件的最低温度必须高于金属材料的韧脆转变温度，以防止脆性断裂。
应当指出，金属材料仅在冲击次数很少的大能量冲击载荷作用下，其冲击抗力才主要取决于冲击韧度值。而在小能量多次冲击条件下，其冲击抗力主要取决于材料的强度和塑性。
断裂韧性是用来反映材料抵抗裂纹失稳扩展，即抵抗脆性断裂的指标。材料的断裂是由于裂纹在应力作用下失稳而扩展的结果,因此,材料的实际断裂应力应与原始的裂纹长度有关,并与材料抵抗裂纹迅速扩展的能力有关。
2.化学性能
金属的化学性能是指在化学作用下表现出的性能。包括耐腐蚀性和抗氧化性。
（1）耐腐蚀性：是指金属材料在常温下抵抗周围介质（如大气、燃气、油、水、酸、盐等）腐蚀的能力，称为耐腐蚀性，简称耐蚀性。
金属腐蚀是指金属与其周围介质发生化学或电化学作用而产生的破坏现象。由于腐蚀的现象和机理十分复杂，因此金属腐蚀的分类方法也是多样的。通常是根据腐蚀机理、腐蚀破坏形式和腐蚀环境等方面进行分类。
根据金属腐蚀机理分类，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。
化学腐蚀：金属的化学腐蚀是指金属与非电解质介质直接发生纯化学反应而引起的破坏现象，其腐蚀过程是腐蚀介质直接与金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物。氧化是最常见的化学腐蚀。例如，金属在高温气体中发生氧化时刚形成膜的阶段属化学腐蚀。
电化学腐蚀：金属的电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏现象，主要特点是在腐蚀过程中同时存在着两个相对独立的反应过程，即阳极反应和阴极反应。相比较而言，电化学腐蚀更普遍，更复杂。例如，金属在大气、海水、工业用水、各种酸、碱、盐溶液中的腐蚀都属于电化学腐蚀。
物理腐蚀：金属的物理腐蚀是金属由于单纯的物理作用所引起的破坏。许多金属在高温熔盐、熔碱及液态金属中发生物理腐蚀。例如，盛放熔融锌的钢容器，由于铁被锌所溶解而腐蚀。
根据腐蚀破坏的形式分类，可以分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类。
全面腐蚀（又称均匀腐蚀）：在整个金属表面上以比较均匀的方式所发生的腐蚀，称为金属的全面腐蚀。
局部腐蚀：腐蚀只发生在金属表面的局部区域，其余大部分表面不腐蚀，称为局部腐蚀。局部腐蚀问题相对全面腐蚀要困难和复杂的多。局部腐蚀包括：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳和冲刷腐蚀等。
根据腐蚀环境分类，可以分为大气腐蚀、土壤腐蚀、高温气体腐蚀、海水腐蚀、化学介质腐蚀以及熔融盐类中的腐蚀等。
腐蚀是不可避免的，如铁生红锈、铜生绿锈、铝生白点等，但腐蚀是可以控制和尽量减缓的。金属材料的腐蚀现象是很复杂的，同一种材料在不同的介质中，不同的材料在同一种介质中，或同一种材料、同一种介质在不同的内部条件或外部条件下（如材料的金相组织、承载应力、介质温度、压力和浓度等）都会表现出不同的腐蚀规律。这就涉及到材料的耐腐蚀性能。对于承压设备而言，指构成元件的金属与介质之间由于化学作用或电化学作用而使金属变得疏松、脱落或消耗的现象。对于储存及运输酸类酸类的容器、管道等，应选择耐酸的材料。海洋設备及船用钢，则要求耐海水的腐蚀。金属材料中铬镍不锈钢，具有良好的耐腐蚀性，可以耐含氧酸的腐蚀。耐候钢、铜及铜合金、铝及铝合金等也具有良好的耐腐蚀性，可以耐含氧酸的腐蚀。铜及铜合金、铝及铝合金等也具有良好的耐腐蚀性，能耐大气的腐蚀。 （2）抗氧化性：金属在高温下对氧化的抵抗能力，称为抗氧化性，又称抗高温氧化性。金属材料的氧化随温度升高而加速。承压设备中的锅炉、加热设备等，有许多零件在高温下工作，制造这些零件的材料，就需要具有良好的抗氧化性。
化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温条件下工作的设备（如锅炉、加热设备）上的部件须选用热稳定性好的材料来制造。
3.工艺性能
工艺性能是指金属材料在经济条件下，完成各种加工的难易程度。也就是指金属材料是否易于加工成形的性能。金屬的工艺性能包括焊接性、切削加工性、锻造性、铸造性、压力加工（冲压性）等。
（1）焊接性：金属材料的焊接性能是指材料在限定的施工条件下焊接成符合要求的构件并满足预定使用要求的能力。即指材料焊接加工的适用性和使用可靠性。
焊接性好的金属能获得没有裂纹、气孔等缺陷的焊缝，并且焊接接头具有一定的力学性能。导热性好、收缩小的金属材料焊接性都比较好。一般讲，低碳钢和低合金钢具有良好的焊接性，焊接质量容易保证，焊接工艺简单；高碳钢、不锈钢、铸铁的焊接性较差，焊接时需采用预热或气体保护焊等，焊接工艺复杂。在承压设备行业中，由于低合金高强度钢的广泛使用，对钢材的焊接性提出了新的要求。试验结果表明，碳当量与焊接热影响区的最高硬度间存在着确定关系，一般强度越高，热影响区的硬度也越高，出现焊接裂缝的可能性也越大。为了改善钢的焊接性能，一些国家提出了控制钢材碳当量的要求。
（2）切削加工性：金属材料在切削加工时的难易程度，称为金属材料的切削加工性。
切削性能的好坏与金属材料的硬度、导热性、金属内部结构、加工硬化等因素有关。尤其与硬度关系较大，硬度值在170~230HBS时最易切削加工。一般讲，铸铁、铜合金、铝合金及一般碳钢都具有较好的切削加工性，而高合金钢的切削加工性较差。改变钢的化学成分和适当的热处理，是改善钢的切削加工性的重要途径。
（3）压力加工（冲压性）：压力加工是利用外力作用，使金属坯料产生塑性变形，从而和获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。
材料的塑性是进行压力加工的基础。压力加工的工艺主要有轧制、拉制、挤压、锻造、冷热成型和冷冲压等。前三种工艺以生产各种断面的型材为主，如制造承压设备用钢板、钢管；后几种工艺用来生产各种毛坯或半成品，如压力容器的法兰、管板等。
（4）铸造性：金属熔化成液态后，在铸造成形时具有的一种特性。金属材料中，灰铸铁和青铜的铸造性能较好。
金属材料的加工工艺性能直接影响到承压设备的制造工艺方法和最终产品质量，因此也是选材必须考虑的因素之一。不同使用条件下，不同结构型式的设备对材料性能和尺寸要求也大不相同，从而对设备材料的加工工艺性能要求也多种多样。例如：对于由板材制造的厚壁高压容器，则要求钢板具有良好的热加工性能和厚截面性能；对于锻制厚壁容器和高颈法兰，则要求材料具有良好的锻造性和切削加工性能；对于需经热处理的设备材料，则要求在热处理后仍然具有良好的强度和韧性；对于制造过程中进行冷卷、冷冲压加工的零部件的材料，则希望能具有良好的冷加工成型性能；大部分承压设备的制造离不开焊接，因此焊接性能是设备用材的重要工艺性能。
（5）锻造性：锻造是指利用冲击力或压力使金属产生变形的加工方法。
锻造性能是指金属材料锻造时会改变形状而不产生裂纹的性能。锻造性能好，表明金属易于锻造成形。
4.物理性能
金属材料的物理性能主要包括：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。这些性能都会直接或间接地影响产品的设计和制造质量。
密度：密度是指金属单位体积的质量。在承压设备行业中，常用金属的密度公式来计算零部件和设备的质量。
熔点：金属由固态转变为液态时的温度称为熔点。纯金属都有固定的熔点。熔点是热加工工艺规范的重要依据之一，在制造防火安全阀等零部件时要考虑到所选用材料的熔点等主要性能指标。
热膨胀性：金属受热时，它的体积会增大，冷却时则收缩，金属的这种性能称为热膨胀性。热膨胀性的大小,可以用线膨胀系数或体膨胀系数来表示。在实际工作中应考虑热膨胀的影响，例如精密量具因温度变化而引起读书误差等。
导热性：金属传导热量的能力称为导热性。金属导热能力的大小常用热导率（亦称导热系数）来表示。导热性好的金属散热也就较好，在制造散热器、换热器等零件时，应选用导热性好的金属。
导电性：金属能够传导电流的性能，称为导电性。金属导电性的好坏，常用电阻率来表示。根据电阻率可判断出哪些金属材料适合做导电材料；哪些金属材料适合做电阻材料。
磁性：金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能称为磁性。磁性只存在于一定的温度内，在高于一定温度时，磁性就会消失。
【参考文献】
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［４］叶文邦,张建荣,曹文辉.压力容器设计指导手册[M].云南科技出版社,2006,(8).
［５］李世玉.压力容器设计工程师培训教程[M].新华出版社,2005,(10).
【关键词】承压设备；力学性能；化学性能；工艺性能；物理性能
承压设备包括锅炉、压力容器、气瓶和压力管道，这类设备广泛用于国民经济各个方面，它们的共同特点是涉及生产和生命安全，一旦发生事故危害性较大。
随着社会不断进步和科学技术的发展，在各应用领域内，承压设备在日趋大型化、高参数、结构多样性的同时，其工作条件也越来越趋苛刻，在使用过程中不可避免的要承受外界风载荷或地震作用。在各工业部门中，承压设备所处理、盛装的介质品种繁杂且多种多样，这就要考虑到介质的危害性、腐蚀条件等等。随着全球环保意识的提高，世界各国都制定了环保标准，为保证人身健康安全，环境保护方面的要求是强制性的、法规性的。这些条件不但在设备的结构、材料、设计技术方面，而且在制造技术和使用管理方面都提出了更加严格的，同时也应该是更加安全可靠的要求，当然还要找到经济的工业化实施办法。因此合理的选用材料对于设备的结构合理，安全、长期运行和降低成本是非常重要的。
制造承压设备的材料多种多样，就目前情况，钢材仍然是实际工程中应用最广泛的材料。对于有特殊耐腐蚀性能要求的场合，有色金属甚至非金属材料也经常考虑用于设备。承压设备选用钢材应考虑设备的使用条件（如设计压力、设计温度、介质特性和操作特点等）、材料的性能（力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能）、设备的结构及制造工艺、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理等等，同时要考虑到制作的经济合理性。
现将金属材料的性能（力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能）分别简述如下:
１．力学性能
金屬材料在一定的温度和外力作用下，所表现出抵抗某种变形或破坏的能力称为钢材的力学性能又叫机械性能。
金属材料的力学性能决定于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力及表面和内部缺陷等内在因素，但外在因素如载荷性质、应力状态、温度、环境介质等对金属的力学性能也有很大的影响。金属材料在加工和使用过程中所受到的外力称为载荷。根据作用性质不同，载荷可分为静载荷、动载荷。动载荷又可分为冲击载荷和循环载荷（也称交变载荷）。金属材料受到载荷作用时，发生几何尺寸和形状的变化称为变形。变形一般可以分为弹性变形和塑性变形。金属材料在外力作用下将产生变形，对于大多数材料，当外力不超过一定限度时，去除外力后，物体将恢复原有的形状和尺寸，这种性质称为弹性。随着外力消失而消失的变形，称为弹性变形。弹性极限是指试样在试验过程中，发生弹性变形时所能承受的最大应力。弹性极限是金属材料由弹性变形过渡到塑性变形时的应力。应力超过弹性极限时材料将开始发生塑性变形。塑性变形是指不可消失的变形，也叫永久变形。
钢材的常规力学性能主要指标有：强度、塑性、硬度、韧性等。这些性能指标是设备选材和强度计算的首要考虑因素。
（1）强度：金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。
金属材料在常温下常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度：当金属材料呈现屈服现象时，在拉伸试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。屈服强度分为：上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力；下屈服强度：在屈服期间，不计初始瞬间效应时的最低应力。对于退火、正火、调质状态的碳素钢和低合金结构钢存在物理屈服现象，在应力——应变曲线上出现上屈服强度、下屈服强度，这类材料取其下屈服强度为该材料的屈服强度。对于其他类没有明显物理屈服现象的材料，如不锈钢、淬火状态的碳素钢及低合金钢等，则根据零件或构件服役条件可以允许的残余变形量，人为地规定产生一定量的残余伸长时的应力作为条件屈服强度。例如：规定非比例延伸强度；规定总延伸强度；规定残余延伸强度。由于金属材料在使用过程中，如果受力过大而产生过量的塑性变形，就会失效。所以材料的屈服强度或条件屈服强度是设计选材的主要依据，也是评定金属材料优劣的重要指标。
抗拉强度：它表现材料在拉断前所能承受的最大应力值，超越此应力值材料就进入低应力破坏阶段，所以抗拉强度也表示材料抵抗断裂的能力。抗拉强度是决定材料许用应力的主要依据之一，是设计选材的重要依据。
材料高温性能的重要指标有蠕变极限和持久强度极限，其区别仅在于侧重点不同。蠕变极限以考虑变形为主，只允许产生一定的变形量时，在设计时就应考虑蠕变极限；持久强度极限主要考虑在长期使用下的破坏能力，有些部件，高温下使用时间较长，对蠕变变形限制不严，但必须保证使用时不破坏，这就需要用持久强度极限作为设计的主要依据。
蠕变是金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。蠕变现象随温度的升高而显著。其它情况相同时，温度越高，蠕变速度越快。蠕变极限是指材料在一定温度下和在规定的持续时间内（如10万小时），产生1%变形量时所施加的最大应力值。
持久强度极限是在给定的温度下，使材料经过规定时间不发生断裂的最大应力，是材料在高温长期负荷作用下抵抗断裂的能力。
对于高温承压设备，钢材在较高温度作用下，材料的力学性能和金属组织都会发生一定的变化，同时承受一定的压力载荷，因此要求材料在高温情况下仍具有强度性能和材料组织的稳定性，必须选用在相应温度下能保持其强度指标的材料。如果材料在高温下承受高的应力，则材料的抗蠕变性能是关键的，必要时采用特殊合金。
对于长期承受交变应力作用的金属材料，还要考虑疲劳破坏。疲劳破坏是材料在小于屈服强度的交变应力长期作用下，没有明显的塑性变形，最终产生贯穿材料壁厚的疲劳裂纹或突然发生完全断裂的现象。疲劳破坏是设备零件失效的主要原因之一，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故。疲劳强度是材料经过无限多次（对于一般钢材多以107次计）反复交变载荷作用而不破坏时的最大应力。可以采取下列措施来提高疲劳强度：改善零件的结构形式，避免尖角、缺口、截面突变等，以避免应力集中引起疲劳裂纹；采用化学热处理、表面淬火、喷丸和滚压等表面强化处理，提高其表面强度；降低零件表面粗糙度，提高表面加工质量，尽可能减少可能成为疲劳源的表面损伤和缺陷等一系列措施均可提高零件的疲劳强度。对于承受周期性循环载荷的容器分析设计，则还应该考虑到材料的疲劳强度。 （2）塑性：是指金属材料在载荷作用下产生最大塑性变形而不破坏的能力。
伸长率和断面收缩率是工程上广泛应用的表征金属塑性好坏的两个力学性能指标，相应的数值愈大，钢材的塑性愈好。
伸长率：试样受拉力断裂后，总伸长量与原始长度的比值的百分率称为伸长率也叫延伸率。
断面收缩率：试样受拉力断裂后，试样截面的缩减量与原截面之比的百分率称为断面收缩率。
良好的塑性即可使材料冷压成型性好，重要的受压零件可防止超载时发生脆性断裂。在承压设备设计中往往要求材料有较好的塑性不仅是为了适应加工制造的需要，更主要是为了在承压设备使用中缓解高度集中的局部应力，避免设备因局部应力升高而导致直接破裂。但对塑性的要求有一定的限度并非越大越好。钢材的塑性过大，一般其强度会降低，这不但会降低钢制零件的使用寿命，而且会加大零件的自身重量，浪费材料。
（3）硬度：材料表面抵抗较硬物体划刻或压入的能力。
依试验方法和试验范围的不同，硬度可以分为：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
硬度值不是一个单纯的物理量，它表征着材料的弹性、塑性、形变强化、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性指标。硬度也可以说是材料对局部塑性变形的抗力；一般情况下，材料的硬度高，其耐磨性能也较好；故常将硬度值作为衡量材料耐磨性的重要指标之一。如果承压设备是用于处理有摩擦性的固体或含有可能引起磨蚀的悬浮固体的流体物料时，则应考虑材料的表面硬度。制造承压设备的金属材料并非硬度愈高愈好，并非强度愈高愈好。
（4）韧性：材料对冲击载荷的抵抗能力，一般以冲击吸收功来衡量韧性的大小。金属在断裂前吸收变形能量的能力称为韧性指标。
常用的韧性指标有：冲击韧性、断裂韧性等。
冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力或者说断裂时吸收冲击功的能量大小，它表示材料对冲击负荷的抗力。
韧脆转变温度：大部分钢材的韧性都会随着温度的下降而降低，当达到某一温度时，材料的冲击韧性显著降低，材料将发生韧脆转变现象。我们把使材料的冲击韧性显著降低的温度叫做脆性转变温度。金属材料在高温下具有较高的韧性，而在低温下变脆。由于试验材料的特性、试样加工变量及操作因素等影响，韧脆转变实际上是在一定的温度范围内发生的。金属材料的韧脆转化温度越低，其在低温条件下的韧性不会降低，仍具有较强的抵抗冲击载荷的能力，可以在高寒地区或低温条件下使用。对于低温设备，在选择金属材料时，应考虑其工作条件的最低温度必须高于金属材料的韧脆转变温度，以防止脆性断裂。
应当指出，金属材料仅在冲击次数很少的大能量冲击载荷作用下，其冲击抗力才主要取决于冲击韧度值。而在小能量多次冲击条件下，其冲击抗力主要取决于材料的强度和塑性。
断裂韧性是用来反映材料抵抗裂纹失稳扩展，即抵抗脆性断裂的指标。材料的断裂是由于裂纹在应力作用下失稳而扩展的结果,因此,材料的实际断裂应力应与原始的裂纹长度有关,并与材料抵抗裂纹迅速扩展的能力有关。
2.化学性能
金属的化学性能是指在化学作用下表现出的性能。包括耐腐蚀性和抗氧化性。
（1）耐腐蚀性：是指金属材料在常温下抵抗周围介质（如大气、燃气、油、水、酸、盐等）腐蚀的能力，称为耐腐蚀性，简称耐蚀性。
金属腐蚀是指金属与其周围介质发生化学或电化学作用而产生的破坏现象。由于腐蚀的现象和机理十分复杂，因此金属腐蚀的分类方法也是多样的。通常是根据腐蚀机理、腐蚀破坏形式和腐蚀环境等方面进行分类。
根据金属腐蚀机理分类，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。
化学腐蚀：金属的化学腐蚀是指金属与非电解质介质直接发生纯化学反应而引起的破坏现象，其腐蚀过程是腐蚀介质直接与金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物。氧化是最常见的化学腐蚀。例如，金属在高温气体中发生氧化时刚形成膜的阶段属化学腐蚀。
电化学腐蚀：金属的电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏现象，主要特点是在腐蚀过程中同时存在着两个相对独立的反应过程，即阳极反应和阴极反应。相比较而言，电化学腐蚀更普遍，更复杂。例如，金属在大气、海水、工业用水、各种酸、碱、盐溶液中的腐蚀都属于电化学腐蚀。
物理腐蚀：金属的物理腐蚀是金属由于单纯的物理作用所引起的破坏。许多金属在高温熔盐、熔碱及液态金属中发生物理腐蚀。例如，盛放熔融锌的钢容器，由于铁被锌所溶解而腐蚀。
根据腐蚀破坏的形式分类，可以分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类。
全面腐蚀（又称均匀腐蚀）：在整个金属表面上以比较均匀的方式所发生的腐蚀，称为金属的全面腐蚀。
局部腐蚀：腐蚀只发生在金属表面的局部区域，其余大部分表面不腐蚀，称为局部腐蚀。局部腐蚀问题相对全面腐蚀要困难和复杂的多。局部腐蚀包括：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳和冲刷腐蚀等。
根据腐蚀环境分类，可以分为大气腐蚀、土壤腐蚀、高温气体腐蚀、海水腐蚀、化学介质腐蚀以及熔融盐类中的腐蚀等。
腐蚀是不可避免的，如铁生红锈、铜生绿锈、铝生白点等，但腐蚀是可以控制和尽量减缓的。金属材料的腐蚀现象是很复杂的，同一种材料在不同的介质中，不同的材料在同一种介质中，或同一种材料、同一种介质在不同的内部条件或外部条件下（如材料的金相组织、承载应力、介质温度、压力和浓度等）都会表现出不同的腐蚀规律。这就涉及到材料的耐腐蚀性能。对于承压设备而言，指构成元件的金属与介质之间由于化学作用或电化学作用而使金属变得疏松、脱落或消耗的现象。对于储存及运输酸类酸类的容器、管道等，应选择耐酸的材料。海洋設备及船用钢，则要求耐海水的腐蚀。金属材料中铬镍不锈钢，具有良好的耐腐蚀性，可以耐含氧酸的腐蚀。耐候钢、铜及铜合金、铝及铝合金等也具有良好的耐腐蚀性，可以耐含氧酸的腐蚀。铜及铜合金、铝及铝合金等也具有良好的耐腐蚀性，能耐大气的腐蚀。 （2）抗氧化性：金属在高温下对氧化的抵抗能力，称为抗氧化性，又称抗高温氧化性。金属材料的氧化随温度升高而加速。承压设备中的锅炉、加热设备等，有许多零件在高温下工作，制造这些零件的材料，就需要具有良好的抗氧化性。
化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。在高温条件下工作的设备（如锅炉、加热设备）上的部件须选用热稳定性好的材料来制造。
3.工艺性能
工艺性能是指金属材料在经济条件下，完成各种加工的难易程度。也就是指金属材料是否易于加工成形的性能。金屬的工艺性能包括焊接性、切削加工性、锻造性、铸造性、压力加工（冲压性）等。
（1）焊接性：金属材料的焊接性能是指材料在限定的施工条件下焊接成符合要求的构件并满足预定使用要求的能力。即指材料焊接加工的适用性和使用可靠性。
焊接性好的金属能获得没有裂纹、气孔等缺陷的焊缝，并且焊接接头具有一定的力学性能。导热性好、收缩小的金属材料焊接性都比较好。一般讲，低碳钢和低合金钢具有良好的焊接性，焊接质量容易保证，焊接工艺简单；高碳钢、不锈钢、铸铁的焊接性较差，焊接时需采用预热或气体保护焊等，焊接工艺复杂。在承压设备行业中，由于低合金高强度钢的广泛使用，对钢材的焊接性提出了新的要求。试验结果表明，碳当量与焊接热影响区的最高硬度间存在着确定关系，一般强度越高，热影响区的硬度也越高，出现焊接裂缝的可能性也越大。为了改善钢的焊接性能，一些国家提出了控制钢材碳当量的要求。
（2）切削加工性：金属材料在切削加工时的难易程度，称为金属材料的切削加工性。
切削性能的好坏与金属材料的硬度、导热性、金属内部结构、加工硬化等因素有关。尤其与硬度关系较大，硬度值在170~230HBS时最易切削加工。一般讲，铸铁、铜合金、铝合金及一般碳钢都具有较好的切削加工性，而高合金钢的切削加工性较差。改变钢的化学成分和适当的热处理，是改善钢的切削加工性的重要途径。
（3）压力加工（冲压性）：压力加工是利用外力作用，使金属坯料产生塑性变形，从而和获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。
材料的塑性是进行压力加工的基础。压力加工的工艺主要有轧制、拉制、挤压、锻造、冷热成型和冷冲压等。前三种工艺以生产各种断面的型材为主，如制造承压设备用钢板、钢管；后几种工艺用来生产各种毛坯或半成品，如压力容器的法兰、管板等。
（4）铸造性：金属熔化成液态后，在铸造成形时具有的一种特性。金属材料中，灰铸铁和青铜的铸造性能较好。
金属材料的加工工艺性能直接影响到承压设备的制造工艺方法和最终产品质量，因此也是选材必须考虑的因素之一。不同使用条件下，不同结构型式的设备对材料性能和尺寸要求也大不相同，从而对设备材料的加工工艺性能要求也多种多样。例如：对于由板材制造的厚壁高压容器，则要求钢板具有良好的热加工性能和厚截面性能；对于锻制厚壁容器和高颈法兰，则要求材料具有良好的锻造性和切削加工性能；对于需经热处理的设备材料，则要求在热处理后仍然具有良好的强度和韧性；对于制造过程中进行冷卷、冷冲压加工的零部件的材料，则希望能具有良好的冷加工成型性能；大部分承压设备的制造离不开焊接，因此焊接性能是设备用材的重要工艺性能。
（5）锻造性：锻造是指利用冲击力或压力使金属产生变形的加工方法。
锻造性能是指金属材料锻造时会改变形状而不产生裂纹的性能。锻造性能好，表明金属易于锻造成形。
4.物理性能
金属材料的物理性能主要包括：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。这些性能都会直接或间接地影响产品的设计和制造质量。
密度：密度是指金属单位体积的质量。在承压设备行业中，常用金属的密度公式来计算零部件和设备的质量。
熔点：金属由固态转变为液态时的温度称为熔点。纯金属都有固定的熔点。熔点是热加工工艺规范的重要依据之一，在制造防火安全阀等零部件时要考虑到所选用材料的熔点等主要性能指标。
热膨胀性：金属受热时，它的体积会增大，冷却时则收缩，金属的这种性能称为热膨胀性。热膨胀性的大小,可以用线膨胀系数或体膨胀系数来表示。在实际工作中应考虑热膨胀的影响，例如精密量具因温度变化而引起读书误差等。
导热性：金属传导热量的能力称为导热性。金属导热能力的大小常用热导率（亦称导热系数）来表示。导热性好的金属散热也就较好，在制造散热器、换热器等零件时，应选用导热性好的金属。
导电性：金属能够传导电流的性能，称为导电性。金属导电性的好坏，常用电阻率来表示。根据电阻率可判断出哪些金属材料适合做导电材料；哪些金属材料适合做电阻材料。
磁性：金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能称为磁性。磁性只存在于一定的温度内，在高于一定温度时，磁性就会消失。
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