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压力容器制造材料基础知识
压力容器制造材料基础知识教案
第一章压力容器材料管理及程序
一、材料质量控制系统的重要性
1、保证压力容器制造质量的基本条件；
2、影响到产品的制造周期；
3、影响到产品的制造成本。
二、材料质量控制系统的建立和运行
1、材料质量控制系统的构成
①材料质量控制系统一般设采购订货、验收入库、材料保管、材料代用、材料发放和材料使用（标记和标记移植）六个环节和若干个控制点。
②相应的台帐、表、卡等证明文件。
③程序文件和支持性文件。
2、材料质量控制系统的建立
①质量保证手册中明确管理职责，确定本系统的控制环节和控制点；
②控制程序（管理制度）；
材料采购订货控制程序、材料验收入库控制程序、材料代用控制程序、材料保管、发放控制程序、材料使用控制程序
③按《容规》、GB150等要求规范材料系统的表、卡、单，力求证实性文件内容齐全，可追溯性强
3、材料质量控制系统的运行
①对本系统有关人员的工作进行检查和考核，并向质保工程师报告本系统的运行情况；
②定期组织本系统有关人员学习有关压力容器法规、标准的要求，贯彻执行程序文件；
③对不合格品及时提出处理意见，反馈质量信息。
④协调本系统和有关部门、系统的关系；
⑤同质保体系有关人员修订材料管理文件局部或重大改动；
⑥定期检查本系统的质量记录表、卡、但的归档管理。
三、材料质量控制系统的质量控制
1、压力容器材料质量控制的要求
①审核设计所用的材料，其牌号、规格、及运用范围是否符合要求；
②严格实施对材料从采购订货、验收入库、保管发放的全过程。
③压力容器受压元件材料检验入库，应具有材料生产厂提供的并经厂家质量检验部门盖章确认的质量证明书。
④应根据材料验收合格后的入库顺序、类别和炉批号的不同编制材料代号，通过材料代号标记、标记移植及容器制造资料中的反映，实现对材料的质量追踪；
⑤凡材料质量证明书中所缺的检验项目，法规、标准要求增加或复验的项目，应即使进行补项检验，合格后方可使用。
⑥材料代用必须符合《容规》，并严格代用审批程序。
⑦自觉接受并积极配合压力容器监察机构监督、检查和知道，对所发现的问题及时进行整改。
2、材料质量控制系统控制环节和控制点
（一）采购订货
1）、采购文件审批
采购文件应包括下列内容
①工程项目名称、产品名称、产品编号；
②材料规格、型号、数量及满足的材料标准和技术质量要求；
③有关标记和验证要求；
④材料变更说明；
⑤编制说明中应说明供货周期及需要注意的问题。
2）、合格供方确认
a）对供方现有样品进行评价；
b）对供方的质量体系进行现场评价；
c）对比同类产品的历史情况；
d）对比其他使用者的使用效果和经验；
e）利用第三方机构评价的结果；
f）信任供方的质量体系；
g）对供方发出《供方情况调查表》进行调查。
3）、采购订货
根据编制的采购文件，由采购员在合格供方中选择供货单位，并签订采购合同，采购合同应签明质量保证协议、验证方法协议和质量争端处理协议。
质量保证协议中应包括以下内容：
①供方应提供材料质量证明书原件或加盖供方质量检验专用章和经办人章的原始复印件，内容符合采购文件的要求，并能追溯到材料的技术条件、牌号、类型或级别以及炉批好等。
②需方提供的技术质量要求，供方应予以保证。
③需方提出的特殊或附加检验项目，供方应予以保证。
④特殊工艺要求供方提交检验、实验资料或工序控制记录。
（二）验收入库
验收入库环节中设质量证明书审查、实物检查、复验、材料代号编制及标记、材料入库审查五个控制点，其中材料入库审查为停止点。
材料复验：
用于制造第三类压力容器的钢板必须复验，复验内容必须包括：
逐张检查钢板表面质量和材料标志，按炉复验钢板的化学成份，按批复验钢板的力学性能，当钢厂未提供钢板超声检测保证书时，应进行超声复验。
用于制造第一、二类压力容器的钢板，如设计图样、用户要求以及制造单位不能确定材料真实性或钢材质量证明书注明复印件无效或不等效的应进行材料复验。
验收程序
1.物资到厂后,由仓库保管员填写《物资报验验收入库控制卡》（附录A）。
2.检验员验收物资时，应审查采购的物资名称、数量、规格型号、材质等是否按申报的采购计划执行。
签订合同的物资，物管部必须出具合同或技术协议书，按双方约定的质量标准验收，未签订合同的物资，按照行业标准或企业内控指标验收。
3.需过磅确定数量的物资，由物管部业务经理负责押车过磅，并将过磅单提供给保管员作为数量验收依据。
4.过磅重量高于理论重量的，按实测尺寸计算的理论重量验收。
5.现场验收时，若出现下列情况之一的，一律按不合格品处理：
a）物资出现破损、漏眼的；
b）钢材、焊材、管件及不锈钢制品未提供材质证明书的；
c）按要求需要提供检验检测报告而未提供的（如探伤检测报告）；
d）需防护和保养的物资未按要求防护和保养的；
e）质量证明书不符合要求的或证明书与实物不相符的。
（三）材料保管
质量检查和标记恢复两个控制点。
主要检查库存物资的质量，是否受到损坏、生锈、受潮，标记恢复主要是标记模糊不清或脱落，必须重心进行标记移植。
v1根据程序文件Q/YHHJCX702《采购与材料控制程序》的有关规定，制定本制度。
v2本制度适用于压力容器制造与压力管道安装所需原材料、外购件等采购产品的保管。
v3仓库要求
v3.1材料仓库必须保持干燥、清洁。
v3.2应设立待检区、不合格品区以及合格品区，各区域应有明显的标识。
v3.3碳钢和不锈钢应分别堆放。
v3.4易生锈的物资必须做好防腐处理。
v3.5焊材一级库的要求
v3.5.1空气相对湿度不大于60%,库房内温度应不低于5℃。
v3.5.2焊材类物资必须上架摆放，距离墙壁和地面均不得小于300毫米。
v3.5.3库房应干燥且通风良好，并应配置除湿器、温度计及湿度计。
v4工作要求
v4.1仓库物资必须按Q/YHHJCX702.1《物资验收管理制度》的规定经过验收合格以后方可入库。
v4.2未经验收的物资应堆放在待检区，检验不合格的物资堆放在不合格品区。
v4.3验收合格的物资必须按物资名称、规格型号分类整齐摆放。
焊条应按种类、牌号、批次、规格、入库时间分类堆放。
v4.4入库物资必须建立台帐，台帐内容必须包括物资名称、规格型号、单位、数量、到货日期、生产单位、供货单位、材料标记等。
v4.5入库物资必须挂材料卡片，卡片标明的数量必须和实物、台帐相符。
v5闲置物资的处理
v5.1钢材类及外购件物资如库存时间超过一年且表面已生锈或存在其他缺陷的，应按Q/YHHJCX702.1《物资验收管理制度》的规定重新报验，经检验不合格者不得使用。
v5.2焊材类物资如库存时间超过6个月，应按Q/YHHJCX702.1《物资验收管理制度》的规定重新报验，经检验不合格者不得使用。
（四）材料代用
v1材料代用分类
v材料代用分为结构件代用和受压元件代用。
v2材料代用原则
v2.1结构件代用
v2.1.1代用材料必须满足强度要求。
v2.1.2代用材料必须满足工艺要求。
v2.2受压元件代用
v2.2.1应该遵循以厚代薄、以高代低的原则。
v2.2.2当代用材料材质和设计不符时，应该遵循以性能优越的材料代用原设计材料的原则。
v3材料代用审批
v3.1材料的代用必须规范填写材料代用单（附录A），代用单在产品制造完成后随产品资料归档。
v3.2结构件材料代用应由技术员提出，经材料责任师、工艺责任师共同审核后，由质保工程师审批。
v3.3受压元件材料代用应由技术员提出，经材料责任师、工艺责任师共同审核后，由设计工艺责任师负责与公司安全生产办或受其委托直接与原设计单位联系审批。
v3.4受压元件材料代用在未取得原设计单位的审批意见前,不得擅自代用。
（五）材料发放
材料发放环节设实物复核、材料代号标记及标记及标记移植两个控制点。
材料发放依据——领料单
（六）材料使用
①领料
②使用（附加检验、使用前复核、下料时标记移植确认）
③退库
v1范围
v本规定适用于化机部仓库物资领用。
v2《领料单》（附录A）的填写
v2.1领料单位按物流软件设置的部门填写，例如：
制作一班、制作二班等。
v2.2领料单上的日期为领取实物当天日期。
v2.3领料单位准确填写材料名称、规格型号、计量单位和申请数量（必须大写）。
v2.4“出库类别”栏填写材料对口归属编码。
v2.5“具体用途”栏按生产计划填写项目编码，备注栏写明产品名称或项目名称。
v3《领料单》的审批
v3.1日常物资领料单必须由班长或材料监管员审核签字，分管副部长审批。
v3.2制造、安装主、辅材料由分管生产的副部长审批。
v3.3产品制造主材领料审批时，领料人带产品制造材料清单，审批人应在清单审批栏上签字。
v3.4劳保类、安全防护用品、工具类、低耗物资、固定资产由分管设备副部长审批。
v3.5夜晚领用物资，由班长审核签字后领用，第二天上午下班前补办审批手续。
v4领用
v4.1仓库保管员负责审核《领料单》是否按要求填写。
v4.2仓库保管员按《领料单》发放物资（实发数量不得大于申请数量），对要求回收包装物的，保管员督促领料单位完成回收工作并做好台帐。
v4.3物资发出后，保管员将货物标识牌转移到物资实存数上，然后在领料单上填写发料仓库、物资编码、实发数量、发料人，《领料单》送微机管理员下帐。
v4.4微机管理员按照《领料单》录入微机下帐，然后送财务记帐，分单位存放，并按工程项目的分类集中汇总。
v4.5正常生产经营计划的物资二个月内领用，急件计划物资5个工作日内领用。
（七）材料控制系统控制环节和控制点一览表
控制环节
控制点
采购订货
1、采购文件审批2、合格供方评审3、采购订货
验收复验入库
1、材料质量证明书审查2、实物检查3、复验4、材料编号及标记5、材料入库审查
材料保管
1、保管质量检查2、标记恢复确认
材料代用
材料代用审批手续
材料发放
1、实物复核2、材料代号标记及标记移植
材料使用
1、附加检验2、使用前复核3、下料时标记移植确认
第二章钢材的基本知识
一、钢材的分类
工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢（简称碳钢）除铁、碳元素之外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素。
由于碳钢具有较好的力学性能和工艺性能，并且产量大、价格较低，已成为机械工程上运用最广泛的金属材料。
合金钢是为了改善和提高钢的性能或使之获得某些特殊性能，在碳钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的钢种，合金钢具有比碳钢更优良的特性。
钢的种类繁多，为了便于生产、使用，可以按照化学成分、质量和用途对钢进行分类。
低碳钢
碳素钢中碳钢
高碳钢
锰钢
铬钢
按合金元素种类分硼钢
铬镍钢
1、按化学成分分硅锰钢
合金钢
低合金钢（合金元素含量小于5%）
按合金元素含量分中合金钢（合金元素含量为5~10%）
高合金钢（合金元素含量大于10%）
普通钢（S小于0.05%、P不大于0.045%）
优质钢（S不大于0.03%、P不大于0.035%）
2、按质量分
高级优质钢（S不大于0.02%、P不大于0.03%）
特级优质钢（S不大于0.015%、P不大于0.025%）
结构钢
3、按用途分工具钢
特殊钢
按《压力容器安全技术监察规程》的要求，压力容器用钢材硫含量不得大于0.02%，磷含量不得大于0.03%，所以压力容器用钢都属于高级优质钢。
碳素钢和合金钢因优良的力学性能、焊接性能被广泛的运用。
二、钢材的编号
1、碳钢的编号
以钢材的屈服点及质量等级进行编号，如：
Q235A.F，各字符含义如下：
Q—钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；
235表示钢材的屈服强度为235MPa。
A、B、C、D—分别为质量等级；
F—沸腾钢“沸”字汉语首位字母；
b—半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母；
z—镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；
TZ—特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母；
在牌号组成表示方法中，“z”与“TZ”符号予以省略。
碳钢编号除按屈服强度编号外，还有一种编号方法，以钢材的含碳量表示：
如10#钢、20#钢等，其碳含量分别为0.1%和0.2%。
2、合金钢的编号
数字＋化学元素符号＋数字表示，第一个数字表示钢材的碳含量，以万分之几表示，后面的数字表示合金元素的含量，以百分之几表示，中间的化学元素符号表示合金元素的种类，当合金元素含量≤1.5%时，一般省略中间的数字。
如：
16MnR表示碳含量为0.16%，Mn含量≤1.5%，R表示容器用材。
3、特殊钢的编号
平均含碳量以千分之几表示，当含碳量≤0.04%及0.08%时分别用00以及0表示。
如:
0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2
4、各种元素对钢材性能的影响
4.1锰的影响
锰对钢材性能的影响主要有两方面的作用，锰的还原性强，和FeO反应降低FeO对钢材脆性的影响，锰还能和硫结合形成MnS，降低硫的有害作用。
锰在钢材中形成置换固溶体，增加钢材的强度。
4.2硅的影响
还原性比锰还强，主要降低FeO，改善钢的品质，另外和钢形成置换固溶体增加钢材的强度。
4.3硫的影响
硫在钢材中以FeS的形式存在，硫化亚铁的熔点很低。
降低钢材的脆性，即硫脆也叫热脆。
硫在钢材中是一种有害元素，其含量必须严格控制。
4.4磷的影响
P在钢材中以片状化合物的形式存在，降低钢材的低温性能，即冷脆，降低钢材的塑性和韧性。
在低温压力容器用钢中必须严格控制P含量。
4.5碳的影响
形成置换固溶体增加钢的强度、硬度，随着碳含量的增加强度、硬度越高，但是塑性和韧性下降。
以上五种元素是钢的五种基本元素。
4.6镍
形成奥氏体的元素，能使合金表面钝化，扩大钢在酸中的钝化范围，但不能改善其对稀硝酸的耐蚀性，他能提高钢对硫酸、盐酸等腐蚀介质的性能，是耐蚀钢的主要合金元素。
4.7钼
钼是形成铁素体的元素，在铬镍不锈钢中加入钼可以提高钢在非氧化性介质中的稳定性，他的独特之处是能抵抗氯离子产生的点腐蚀；同时也能提高奥氏体型钢的热强性，细化晶粒，改善奥氏体短时塑性和持久塑性。
4.8钛
和碳形成化合物，使固溶碳的质量分数降低至0.03%以下，这就能保证铬在钢中的有效固溶浓度。
由于铬在钢中有效固溶浓度得到保证，从而该上钢的抗晶间腐蚀能力。
三、压力容器、压力管道用钢材
材料是保证压力容器制造、压力管道安装质量的至关重要的环节，是质量控制的源头。
必须保证材料符合相应的国家或行业标准，必须符合设计的要求。
1、钢板
钢板的表面质量应符合：
①钢板表面不得有裂纹、拉裂、气泡、折叠、夹杂、结疤和压入的氧化铁皮，钢板不得分层。
②表面缺陷深度不得大于钢板厚度公差之半。
③对于不锈钢板不许存在麻点、压坑、划伤。
1.1碳素钢板
1.1.1用的最多的是Ｑ235A、Q235B，对应的执行标准为GB/T3274-88。
1.1.2使用范围
Q235A钢板只能用于非标设备，不能用于压力容器的受压元件，Q235B可用于设计压力小于1.6MPa的压力容器，钢板使用温度为0-350℃，用于壳体时，钢板厚度不大于20MM，不得用于毒性程度为高度或极度介质的压力容器。
1.2低合金钢板
1.2.1钢号、化学成分和力学性能
压力容器专用钢板共有10种，除20R外，其他9种都属于低合金钢，钢号、化学成分和力学性能应符合GB6654-96的规定。
压力容器常用低合金钢板有16MnR、15CrMoR等，16MnR钢板交货状态为热轧或正火状态，负偏差不得大于0.25MM，使用温度上限为475℃，为压力容器用专用钢材。
15CrMoR钢板供货状态为正火加回火，使用温度上限为550℃，一般用于高温压力容器。
负偏差不得大于0.25MM。
1.2.2使用规定
压力容器钢板在使用时应注意：
1）要求正火状态交货的钢板
①制造壳体用的厚度大于30MM的20R和16MnR钢板；
②制造管板、法兰、平盖用的厚度大于50MM的20R和16MnR钢板；
③厚度大于16MM的15MnVR钢板。
2）应在使用前补做冲击试验的钢板
钢板出厂时只提供常温冲击值，在较低温度下使用的下列钢板，应做低温冲击试验，试验温度为钢板使用温度。
①使用温度低于0℃时，厚度大于25MM的20R钢板，厚度大于38MM的16MnR、15MnVR和15MnVNR。
②使用温度低于-10℃，厚度大于12MM的20R钢板，厚度大于20MM的16MnR、15MnVR和15MnVNR。
3）用于壳体时应逐张进行超声检测的钢板。
①盛装介质为极度、高度危害的压力容器。
②盛装介质为液化石油气且硫化氢含量大于100Mg/L的压力容器。
③最高工作压力大于等于10MPa的压力容器。
④GB150第二章和附录C、GB151、GB12337及其他国家标准和行业标准中规定应逐张进行超声检测的钢板。
⑤移动式压力容器。
4）使用前需要进行材料复验的钢板。
①用于制造第三类压力容器的钢板必须复验，复验内容必须包括：
逐张检查钢板表面质量和材料标志，按炉复验钢板的化学成份，按批复验钢板的力学性能，当钢厂未提供钢板超声检测保证书时，应进行超声复验。
②用于制造第一、二类压力容器的钢板，如设计图样、用户要求以及制造单位不能确定材料真实性或钢材质量证明书注明复印件无效或不等效的应进行材料复验。
1.3不锈钢板
1.3.1中外不锈钢牌号对照
国产牌号
国外牌号
1Cr17Ni7
301
0Cr18Ni9
304
0Cr18Ni10Ti
321
00Cr19Ni10
304L
00Cr17Ni14Mo2
316L
0Cr17Ni12Mo2
316
00Cr19Ni13Mo3
317L
在不锈钢牌号中虽然国产牌号与国外牌号可以对应，化学成分也比较相似，但是不能认为是同一材料。
应根据接触介质、使用条件选择合理的材料。
1.3.2钢号、化学成分和力学性能应符合GB4237-92的要求。
2、钢管
钢管的种类很多，按用途分可以分成结构钢管、流体输送用钢管、换热器用钢管等等。
按加工方法分又可以分成热轧管、冷轧管以及焊接钢管。
按材质分可分为不锈钢管和碳钢管
2.1低中压锅炉用无缝钢管（GB/T3087）
适用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管等，材质有10#、20#钢。
供货状态为热轧或热处理，钢管应逐根进行水压试验，不得出现漏水或出汗现象，也可用无损探伤等代替水压试验。
检验要求如下：
检验项目
取样数量
尺寸
逐根
表面质量
逐根
化学成分
每炉罐号取一个试样
拉力试验
每批在两根钢管上各取一个试样
水压试验
逐根进行水压试验
压扁试验
每批在两根钢管上各取一个试样
卷边试验
每批在两根钢管上各取一个试样
扩口试验
每批在两根钢管上各取一个试样
冷弯实验
每批在两根钢管上各取一个试样
无损检测
由双方协议
2.2低压流体输送用焊接钢管（GB/T3092）
适用于输送水、煤气、空气、油和取暖蒸汽等一般压力较低流体和其他用途的焊接钢管，钢管采用Q195、Q215和Q235A材料制造，也可采用易焊接的其他软钢制造，其牌号和制造方法均由供方选择。
检验项目如下表：
检验项目
取样数量
尺寸
逐根
表面质量
逐根
化学成分
按熔炼成分验收
拉力试验
每批一根
水压试验
逐根进行水压试验（普通管2.5MPa，加厚管3.0MPa）可用涡流探伤代替
压扁试验
每批一个试样
冷弯实验
每批在两根钢管上各取一个试样
无损检测
由双方协议
2.3高压锅炉用无缝钢管（GB5310）
适用于制造高压及其以上压力的蒸汽锅炉、管道等用优质碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢耐热无缝钢管。
供货状态为热处理，热处理制度必须填写在质量证明书中，钢管应逐根进行水压试验，最大试验压力为20MPa，稳压时间不小于10秒，钢管不得出现漏水或出汗现象。
检验项目如下表：
检验项目
取样数量
化学成分
每炉批号取一个试样
拉伸试验
每批在两根钢管上各取一个试样
冲击试验
每批在两根钢管上各取三个试样
水压试验
逐根，可用无损探伤代替水压试验
压扁试验
每批在两根钢管上各取一个试样
扩口试验
每批在两根钢管上各取一个试样
晶粒度检验
每批在两根钢管上各取一个试样
非金属夹杂物检验
每批在两根钢管上各取一个试样
显微组织检验
每批在两根钢管上各取一个试样
脱碳层检验
每批在两根钢管上各取一个试样
超声检测
逐根
2.4化肥设备用高压无缝钢管（GB6479）
适用于工作温度为-40至400℃，工作压力为10至32MPa的化工设备和管道用优质碳素钢和合金钢无缝钢管，供货状态为正火、正火加回火或退火状态，应逐根进行水压试验，不得有漏水或出汗现象。
检验项目如下表
检验项目
取样数量
化学成分
每炉批号取一个试样
拉伸试验
每批在两根钢管上各取一个试样
冲击试验
每批在两根钢管上各取三个试样
水压试验
逐根，可用无损探伤代替水压试验
压扁试验
每批在两根钢管上各取一个试样
检验项目
取样数量
扩口试验
每批在两根钢管上各取一个试样
超声检测
逐根
2.5结构用无缝钢管（GB/T8162）
适用于一般结构或机械结构用无缝钢管，不得用于压力容器受压元件。
钢管分为热轧和冷拔两种。
检验项目如下表：
检验项目
取样数量
化学成分
每炉批号取一个试样
拉伸试验
每批在两根钢管上各取一个试样
硬度试验
每批在两根钢管上各取一个试样
表面质量
逐根
压扁试验
每批在两根钢管上各取一个试样
尺寸
每批在两根钢管上各取一个试样
2.6输送流体用无缝钢管（GB/T8163）
适用于一般流体输送用无缝钢管，钢管分为热轧和冷拔两种。
热轧钢管以热轧或热处理状态交货，冷轧钢管以热处理状态交货。
应每根进行水压试验。
检验项目如下表：
检验项目
取样数量
化学成分
每炉批号取一个试样
拉伸试验
每批在两根钢管上各取一个试样
水压试验
逐根（可用涡流或超声检验代替）
超声试验
逐根
压扁试验
每批在两根钢管上各取一个试样（外径大于22MM且壁厚与外径比值小于或等于10%）
2.7锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管（GB13296）
2.7.1钢管牌号和化学成分应符合对应国家标准的要求。
2.7.2钢管供货状态为热处理并酸洗交货，并在质量证明书中注名热处理条件。
2.7.3应逐根进行水压试验，在试验压力下不得出现漏水或出汗现象，水压试验可由涡流检测代替
2.7.4应逐根进行超声波检测。
2.7.5壁厚小于等于10MM的钢管应做压扁试验。
2.7.6壁厚小于等于10MM的钢管应做扩口试验。
2.7.7奥氏体和奥氏体—铁素体不锈钢管应做晶间腐蚀试验
2.8、流体输送用不锈钢无缝钢管（GB14976）
流体输送用不锈钢无缝钢管，钢管供货状态为热处理并酸洗交货，应逐根进行水压试验。
奥氏体和奥氏体—铁素体不锈钢管应做晶间
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