圧力容器鋼選択の原則

圧力容器用鋼とは？

圧力容器用鋼とは、圧力容器の建設に使用される鋼の種類を指す。一般的には以下のものを指す。 高張力鋼板.

様々な設計・製造要件を満たすため、炭素鋼や低合金高張力鋼など、強度レベルに応じていくつかの鋼種が用意されている。

現在、中国で入手可能な圧力容器用鋼の強度等級は、20R、16MnR、15MnVR、15MnVNR、18MnMoNbRの5種類である。

圧力容器の設計においては、合理的な構造、安全な運転、経済的な設計を確保するために、適切な構造材料を選択することが不可欠である。

圧力容器の鋼材の選定は、設計圧力、設計温度、機器内に貯蔵される媒体の特性に基づいて行う必要がある。

選ばれる鋼材は、優れた機械的特性、耐食性、良好な溶接性能、設計条件下での冷間および熱間加工条件に耐える能力を備えていなければならない。

さらに、装置全体のコストを最小限に抑えるためには、最も費用対効果の高い鋼材を選択することが重要である。

1.化学・石油化学プラントで一般的に使用される鋼材。

化学・石油化学プラントで一般的に使用される鋼は、その化学組成と冶金構造に基づいて以下のように分類・定義される：

1.炭素鋼

マンガン含有量が1.2%以下の鉄-炭素合金と、マンガン含有量が1.2%以下の鉄-炭素合金。 炭素含有量 2.0%以下は、意図的に他の合金元素を添加していない鋼と定義される。

低炭素鋼とは、炭素含有量が0.25%以下の鋼を指す。

溶接を目的とする場合、圧力部品に使用される鋼材の炭素含有量は、0.25%を超えないようにしてください。 溶接性.

そのため、圧力容器の溶接には通常、低炭素鋼が使用される。

これらに記載されている炭素鋼 材料選択 ガイドラインは低炭素鋼を指す。

2.低合金鋼

低い 合金鋼 は、低合金高張力鋼とパーライト系耐熱鋼の両方を含む用語である。

低合金高張力鋼とは、合金含有量が3.0%未満で、強度と全体的な特性を向上させるように設計された鋼を指す。このような鋼の例としては、16MnRや15MnVがあります。

3.パーライト系耐熱鋼

パーライト系耐熱鋼とは、耐熱性と耐水素性を向上させるために、以下の成分を添加した低炭素鋼のことである。 合金元素 クロム（Cr≦10%）、モリブデンなど。このような鋼の例としては、18MnMoNbおよび15CrMoが挙げられる。

4.オーステナイト系ステンレス鋼

ステンレス・スチールは 鋼種 室温でオーステナイト冶金組織を持つ。このような鋼の例としては、Cr18Ni9やCr17Ni12Mo2がある。

5.フェライト系ステンレス鋼

フェライト系ステンレス鋼 は、室温でフェライト組織を持つステンレ ス鋼の一種である。このような鋼の例としては、Cr13Alがある。

6.マルテンサイト系ステンレス鋼

マルテンサイト系ステンレス鋼 は、室温でマルテンサイト組織を持つステンレ ス鋼の一種である。このような鋼の一例がCr13である。

圧力容器の製造に使用される材料は、GBT150に概説されている鋼製圧力容器の規定に準拠する必要がある。

特定の鋼種の使用温度の上限は、許容応力表に記載された特定の許容応力値が使用できる最高温度である。

ASME-IIに規定されている鋼種に類似した国内鋼種の化学成分、常温機械的性質、入手可能性、その他の詳細については、関連規格をご参照ください。

2.各種鋼の選択に関する一般原則：

調達や製造の観点から、容器には品種や仕様の幅が広い鋼材を使うことが望ましい。

(1) 炭素鋼：

の選択である。 Q235-A、F、Q235-A、Q235-B、Q235-C鋼種はGB150の特定規定に準拠しなければならない。

肉厚が8mm未満の圧力部品には、カーボン 鋼板 が望ましい。

圧力部品の肉厚が剛性に影響する場合、炭素鋼が好ましい選択肢となる。

(2) 低合金鋼：

肉厚が強度に影響する圧力部品では、低炭素鋼と低合金鋼を、適用範囲を満たすことを確認しながら順番に選択する必要がある。

これには20R、16MnR、15MnVRなどの鋼板が含まれる。

炭素鋼および炭素マンガン鋼は、鋼中のセメンタイトが分解し、炭化物相が黒鉛化する可能性があるため、425℃で長時間使用しないこと。これは、材料の強度、塑性、衝撃靭性を低下させ、脆くなり、使用に適さなくなる。

代わりに低炭素パーライト耐熱鋼を使用しなければならない。

(3) パーライト系耐熱鋼：

パーライト系耐熱鋼は、設計温度が350℃を超える耐熱または耐水素用途に一般的に使用される。

(4) オーステナイト系ステンレス鋼：

オーステナイト系ステンレス鋼は主に、耐食性が要求される場合や、鉄イオンを含まない清浄で汚染されていない材料が必要な場合に使用される。

オーステナイト系ステンレス鋼は、設計温度が500℃を超える耐熱鋼としては使用しない。

オーステナイト系ステンレス鋼は通常、 低合金鋼が低温用途に選択できない場合に のみ低温用鋼として使用される。

厚さが12mmを超える場合は、オーステナイト系 ステンレス複合鋼を使用する。

(5) 低温スチール：

低温用鋼は、一般的に設計温度が-20℃以下（低応力を除く）の用途に選択されるべきである。

鋼材が脆性遷移温度以下で使用され、応力がある値に達した場合、脆性破壊が発生する可能性がある。

脆性破壊を避けるためには、材料はその使用温度において一定レベルの靭性を持たなければならず、これは衝撃試験によって測定される。衝撃値の要件は、材料の引張強さに基づいて規定される。

引っ張り強さと、その強さに対する要求事項を満たしている。 降伏強度また、低温用鋼は衝撃靭性の要件も満たさなければならない。

(6) 耐食鋼：

耐水素腐食鋼 - 高温耐水素鋼としてパーライト系耐熱鋼を使用した場合、高温での長期使用により、鋼中に溶解した水素と炭素との化学反応によりメタンが蓄積し、内部クラックの発生やクラックの発生につながる可能性がある。 水素脆化).

したがって、高温の水素を扱う場合は、材料の水素分圧（設計圧力に水素の体積割合をかけたもの）と設計温度に応じてネルソン曲線をチェックし、適切な鋼種を決定する必要がある。

ネルソンカーブはHG20581に掲載されている。

(7) 非圧力部品用の鋼鉄：

GB150は圧力容器用の鋼材を規定しているが、非圧力部品に関する規定はない。

HG20581は、非圧力部品の鋼材の選択について以下のように規定している：

部品の使用温度、重要度、圧力の下限値に基づいて、対応する係数K1、K2、K3が以下のように選択される：

高温係数 K1：

t> 0℃, k1=1; 0℃≦t > -20℃, k1=2; -20℃≦t, k1=3.

重要度係数 K2：

損傷が発生した場合、それは局所的に機器にのみ影響する、K2=1；

ダメージが発生した場合、機器全体に影響するため、K2=2となる。

ストレスレベル係数 K3：

ストレスレベルが低い、K3=1；

応力レベルが許容応力の2/3以下、K3=2；

応力レベルが許容応力の2/3以上、K3=3。

K= K1+ K2 + K3