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沈阳东方钛业股份有限公司
摘要：压力容器广泛应用于化工、轻工、能源、冶金、航天等领域，在国民经济中发挥着重要作用。材料技术是压力容器技术的一个重要组成部分，是设计和制造的先决条件。
关键词：压力容器；金属材料；应用
正文
压力容器中最常见的金属材料是黑色金属和有色金属材料。钢材的重要机械性能有：
1、强度—材料在力的作用下抵抗永久变形和断裂的能力。常用的特性指标有屈服强度（δs）和拉伸强度（σb），是由拉伸试验获得。
塑性—指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，用延伸率（δ）及断面收缩率（ψ）来表示，其数值由拉伸试验获得。
压力容器用钢的性能必须与压力容器的使用条件（压力、温度、内装介质的性质等）相适应，另外，在容器制造过程中，钢板必须经受冷热加工成型和焊接。因此，钢材除应具有必要的机械性能外，还应具有良好的工艺性能，由于不同类型压力容器的使用条件差别很大，因此要求有各种不同性能的钢种。例如，在一般条件下使用的碳钢和低合金高强度钢；在高温条件下使用的合金结构钢；在低温条件下使用的低温钢（-20℃以下）；与氢、氮、氨混合介质接触，温度超过350℃时使用的抗氢氮钢；盛装硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、硝酸、尿素等腐蚀性介质的容器，应采用性能与所装介质相适应的不锈耐酸钢。
一、压力容器对钢材的要求及钢材在压力容器中的应用
压力容器用钢板比一般钢板的要求更严，主要体现在对化学成分的控制较严，抽样检验要求较高，力学性能检验中增加了冲击值的要求。基本要求：较高的强度，良好的塑性，高韧性，良好的热加工、冷加工和焊接性能，以及与介质的相容性。
1、化学成分 含C量≤0.25%，C含量高，使强度增加，可焊性变差，加入V，Ti，Nb可提高强度和韧性，S.P有害元素，S—降低塑性和韧性，P—增加脆性（低温脆性）压力容器用钢，S.P含量<0.02%，0.03% 因为硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆性性能和耐腐蚀性能。因此要严格控制S、P的含量。
2、力学性能 力学性能不仅与钢材的化学成分，组织结构有关且与所处的应力状态和环境有关。设计时，力学性能判断可从相关规范标准中查到，实际使用时，除了要查看质量证明书外，有时还要对材料进行复验。
3、制造工艺性能 制造中冷加工，要求钢材有良好冷加工成型性能和塑性，延伸率δ应在15～20%以上。良好可焊性是一项重要指标可焊性主要取决于化学成分，影响最大是含碳量，各种合金元素对可焊性有不同程度的影响。
二、有色金属在压力容器上的应用
1哈氏合金 C-276哈氏合金属于镍-钼-铬-铁-钨系镍基合金。它是现代金属材料中最耐蚀的一种。主要耐湿氯、亚硫酸、醋酸、甲酸、次氯酸盐和强氧化性介质，在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。因此，近三十年以来、在苛刻的腐蚀环境中，如化工、石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域有着相当广泛的应用。
哈氏C-276合金的各种腐蚀数据是有其典型性的，但是不能用作规范，尤其是在不明环境中，必须要经过试验才可以选材。哈氏C-276合金中没有足够的Cr来耐强氧化性环境的腐蚀，如热的浓硝酸。这种合金的产生主要是针对化工过程环境，尤其是存在混酸的情况下，如烟气脱硫系统的出料管等。
哈氏合金的力学性能非常突出，它具有高强度、高韧性的特点，所以在机加工方面有一定的难度，而且其冷作硬化倾向极强，当变形率达到15%时，约为18-8不锈钢的两倍。哈氏合金还存在中温敏化区，其敏化倾向随变形率的增加而增大。当温度较高时，哈氏合金易吸收有害元素使它的力学性能和耐腐蚀性能下降。
钛合金抗蚀性好 钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
低温性能好
钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
钛 钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。
镍 镍不溶于水，常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，能阻止本体金属继续氧化。在稀酸中可缓慢溶解，释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni2+；耐强碱。镍可以在纯氧中燃烧，发出耀眼白光。同样的，镍也可以在氯气和氟气中燃烧。对氧化剂溶液包括硝酸在内，均不发生反应。镍是一个中等强度的还原剂。镍在盐酸、硫酸、有机酸和碱性溶液对镍的浸蚀极慢。镍在稀硝酸缓慢溶解。发烟硝酸能使镍表面钝化而具有抗腐蚀性。镍同铂、钯一样，钝化时能吸大量的氢，粒度越小，吸收量越大。
锆合金 锆合金以锆为基体加入其他元素而构成的有色合金。锆合金在300～400℃的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面，对核燃料有良好的相容性，多用作水冷核反应堆的堆芯结构材料。此外，锆对多种酸、碱和盐有优良的抗蚀性，与氧、氮等气体有强烈的亲和力，因此锆合金也用于制造耐蚀部件和制药机械部件，在电真空和灯泡工业中被广泛用作非蒸散型消气剂。
工业规模生产的锆合金有锆锡系和锆铌系两类。前者合金牌号有Zr-2、Zr-4，后者的典型代表是 Zr-2.5Nb。在锆锡系合金中，合金元素锡、铁、铬、镍可提高材料的强度、耐蚀性和耐蚀膜的导热性，降低表面状态对腐蚀的敏感性。通常Zr-2合金用于沸水堆，Zr-4 合金用于压水堆。在锆铌系合金中，铌的添加量达到使用温度下锆的晶体结构的固溶极限时，合金的耐蚀性最好。锆合金有同质异晶转变，高温下的晶体结构为体心立方结构，低温下为密排六方结构。锆合金塑性好，可通过塑性加工制成管材、板材、棒材和丝材；其焊接性也好，可用以进行焊接加工。
结语：
经过近年来的发展，压力容器用材料取得了很大的研究成果和技术进步，冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，大大提高了材料的纯净度，提高了压力容器的整体安全性。高强材料的应用正在引起国内研究人员的广泛关注。
参考文献：
[1]GB150.1-1998 钢制压力容器焊接工艺[M]北京：机械工业出版社，2011.
[2]陈裕川.钢制压力容器焊接工艺[M]北京：机械工业出版社，2007.
摘要：压力容器广泛应用于化工、轻工、能源、冶金、航天等领域，在国民经济中发挥着重要作用。材料技术是压力容器技术的一个重要组成部分，是设计和制造的先决条件。
关键词：压力容器；金属材料；应用
正文
压力容器中最常见的金属材料是黑色金属和有色金属材料。钢材的重要机械性能有：
1、强度—材料在力的作用下抵抗永久变形和断裂的能力。常用的特性指标有屈服强度（δs）和拉伸强度（σb），是由拉伸试验获得。
塑性—指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，用延伸率（δ）及断面收缩率（ψ）来表示，其数值由拉伸试验获得。
压力容器用钢的性能必须与压力容器的使用条件（压力、温度、内装介质的性质等）相适应，另外，在容器制造过程中，钢板必须经受冷热加工成型和焊接。因此，钢材除应具有必要的机械性能外，还应具有良好的工艺性能，由于不同类型压力容器的使用条件差别很大，因此要求有各种不同性能的钢种。例如，在一般条件下使用的碳钢和低合金高强度钢；在高温条件下使用的合金结构钢；在低温条件下使用的低温钢（-20℃以下）；与氢、氮、氨混合介质接触，温度超过350℃时使用的抗氢氮钢；盛装硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、硝酸、尿素等腐蚀性介质的容器，应采用性能与所装介质相适应的不锈耐酸钢。
一、压力容器对钢材的要求及钢材在压力容器中的应用
压力容器用钢板比一般钢板的要求更严，主要体现在对化学成分的控制较严，抽样检验要求较高，力学性能检验中增加了冲击值的要求。基本要求：较高的强度，良好的塑性，高韧性，良好的热加工、冷加工和焊接性能，以及与介质的相容性。
1、化学成分 含C量≤0.25%，C含量高，使强度增加，可焊性变差，加入V，Ti，Nb可提高强度和韧性，S.P有害元素，S—降低塑性和韧性，P—增加脆性（低温脆性）压力容器用钢，S.P含量<0.02%，0.03% 因为硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆性性能和耐腐蚀性能。因此要严格控制S、P的含量。
2、力学性能 力学性能不仅与钢材的化学成分，组织结构有关且与所处的应力状态和环境有关。设计时，力学性能判断可从相关规范标准中查到，实际使用时，除了要查看质量证明书外，有时还要对材料进行复验。
3、制造工艺性能 制造中冷加工，要求钢材有良好冷加工成型性能和塑性，延伸率δ应在15～20%以上。良好可焊性是一项重要指标可焊性主要取决于化学成分，影响最大是含碳量，各种合金元素对可焊性有不同程度的影响。
二、有色金属在压力容器上的应用
1哈氏合金 C-276哈氏合金属于镍-钼-铬-铁-钨系镍基合金。它是现代金属材料中最耐蚀的一种。主要耐湿氯、亚硫酸、醋酸、甲酸、次氯酸盐和强氧化性介质，在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。因此，近三十年以来、在苛刻的腐蚀环境中，如化工、石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域有着相当广泛的应用。
哈氏C-276合金的各种腐蚀数据是有其典型性的，但是不能用作规范，尤其是在不明环境中，必须要经过试验才可以选材。哈氏C-276合金中没有足够的Cr来耐强氧化性环境的腐蚀，如热的浓硝酸。这种合金的产生主要是针对化工过程环境，尤其是存在混酸的情况下，如烟气脱硫系统的出料管等。
哈氏合金的力学性能非常突出，它具有高强度、高韧性的特点，所以在机加工方面有一定的难度，而且其冷作硬化倾向极强，当变形率达到15%时，约为18-8不锈钢的两倍。哈氏合金还存在中温敏化区，其敏化倾向随变形率的增加而增大。当温度较高时，哈氏合金易吸收有害元素使它的力学性能和耐腐蚀性能下降。
钛合金抗蚀性好 钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
低温性能好
钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
钛 钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15 mm，硬化程度为20%～30%。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。
镍 镍不溶于水，常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，能阻止本体金属继续氧化。在稀酸中可缓慢溶解，释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子Ni2+；耐强碱。镍可以在纯氧中燃烧，发出耀眼白光。同样的，镍也可以在氯气和氟气中燃烧。对氧化剂溶液包括硝酸在内，均不发生反应。镍是一个中等强度的还原剂。镍在盐酸、硫酸、有机酸和碱性溶液对镍的浸蚀极慢。镍在稀硝酸缓慢溶解。发烟硝酸能使镍表面钝化而具有抗腐蚀性。镍同铂、钯一样，钝化时能吸大量的氢，粒度越小，吸收量越大。
锆合金 锆合金以锆为基体加入其他元素而构成的有色合金。锆合金在300～400℃的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面，对核燃料有良好的相容性，多用作水冷核反应堆的堆芯结构材料。此外，锆对多种酸、碱和盐有优良的抗蚀性，与氧、氮等气体有强烈的亲和力，因此锆合金也用于制造耐蚀部件和制药机械部件，在电真空和灯泡工业中被广泛用作非蒸散型消气剂。
工业规模生产的锆合金有锆锡系和锆铌系两类。前者合金牌号有Zr-2、Zr-4，后者的典型代表是 Zr-2.5Nb。在锆锡系合金中，合金元素锡、铁、铬、镍可提高材料的强度、耐蚀性和耐蚀膜的导热性，降低表面状态对腐蚀的敏感性。通常Zr-2合金用于沸水堆，Zr-4 合金用于压水堆。在锆铌系合金中，铌的添加量达到使用温度下锆的晶体结构的固溶极限时，合金的耐蚀性最好。锆合金有同质异晶转变，高温下的晶体结构为体心立方结构，低温下为密排六方结构。锆合金塑性好，可通过塑性加工制成管材、板材、棒材和丝材；其焊接性也好，可用以进行焊接加工。
结语：
经过近年来的发展，压力容器用材料取得了很大的研究成果和技术进步，冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，大大提高了材料的纯净度，提高了压力容器的整体安全性。高强材料的应用正在引起国内研究人员的广泛关注。
参考文献：
[1]GB150.1-1998 钢制压力容器焊接工艺[M]北京：机械工业出版社，2011.
[2]陈裕川.钢制压力容器焊接工艺[M]北京：机械工业出版社，2007.