如何進(jìn)行正確的選材是壓力容器設(shè)計(jì)和制造中的首先要解決的議題，也是相當(dāng)重要的一個(gè)方面。一旦材料選取不當(dāng)，會(huì)對(duì)容器的安全運(yùn)行留下較大隱患。所以，在壓力容器選材上，應(yīng)根據(jù)容器的運(yùn)行參數(shù)，如壓力和溫度、操作要求、介質(zhì)特性等，來(lái)選取具有合適的力學(xué)、焊接和耐蝕等性能的材料。除此之外，選取材料時(shí)還要充分考慮其具體加工工藝和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能等其他相關(guān)因素。材料的選擇和改動(dòng)應(yīng)加以足夠的重視。

　　一、材料代用的具體規(guī)定

　　在設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)材料采購(gòu)困難或者出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，材料變更、代用的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)?！豆潭ㄊ綁毫θ萜靼踩夹g(shù)監(jiān)督規(guī)程（TSG R0004-2009）》以及《固定式壓力容器（GB150-2011）》對(duì)材料代用都作了相關(guān)規(guī)定。主要有：“壓力容器的承壓部件在代用材料的選擇上，應(yīng)和被代用材料有著相同或者相似的外形質(zhì)量、化學(xué)成分、尺寸公差、性能指標(biāo)、檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢驗(yàn)率等。”材料代用基本的原則是：要絕對(duì)保證，在技術(shù)要求上，代用材料不得低于被代用材料。個(gè)別在檢測(cè)率或性能項(xiàng)目上要求不嚴(yán)格的代用材料，可以采取檢驗(yàn)、測(cè)試的方式來(lái)選擇合適的代用材料。

　　二、以優(yōu)代劣

　　壓力容器所用的全部金屬材料要具有優(yōu)良的性能，包括材料的力學(xué)性能、耐腐蝕性、耐高溫性和制作工藝等。每一種材料的性能都是固定不變的，材料代用中的“優(yōu)”與“劣”判斷從實(shí)際出發(fā)，具體問(wèn)題具體分析?；谧陨砉ぷ鹘?jīng)驗(yàn)，對(duì)以下幾種典型的“以優(yōu)代劣”問(wèn)題發(fā)表些許淺見。

　　2.1 壓力容器制作中，在強(qiáng)度、力學(xué)特征等機(jī)械性能方面，其常用到的低合金鋼盡管明顯優(yōu)于碳素鋼，但其冷加工性能與可焊性都較碳素鋼為差。一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度級(jí)別高的，其冷加工性能與可焊性就較差，二者負(fù)相關(guān)。所以在進(jìn)行這方面的代用時(shí)，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整焊接工藝，在熱處理時(shí)也可能會(huì)有相應(yīng)變化，應(yīng)給以充分重視，在技術(shù)要求上予以明示。

　　2.2 材料代用時(shí)應(yīng)進(jìn)行細(xì)致、周全的考慮，以避免壓力容器實(shí)際使用中可能會(huì)出現(xiàn)各種安全隱患。比如處于濕硫化氫環(huán)境下及存在應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備中，容器對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂地敏感性隨容器使用的鋼材的強(qiáng)度級(jí)別的提高而增大，二者正相關(guān)。此時(shí)若將Q235和Q245R系列的鋼材用Q345R等低合金鋼代用就極易產(chǎn)生問(wèn)題，因此，此類的“以優(yōu)代劣”，原則是不提倡的，應(yīng)當(dāng)避免。

　　2.3 和普通不銹鋼相比，超低碳不銹鋼雖然價(jià)格高并具有良好的耐腐蝕性，但前者的高溫?zé)釓?qiáng)性卻較后者出色。一般情況下，為了提高耐腐蝕性，需降低碳含量，而為了提高高溫性，則要提高碳的含量。故而，此種情況下的 “以優(yōu)代劣”，要尤其精細(xì)計(jì)及設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度，如有必要，應(yīng)當(dāng)重新計(jì)算。

　　2.4 原則上，膨脹節(jié)、爆破片、撓性管板及這類零件的選材不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行以優(yōu)代劣，特殊情況下必須代用時(shí)應(yīng)對(duì)代用的材料重新進(jìn)行精確計(jì)算，根據(jù)其結(jié)果，適當(dāng)調(diào)整零件厚度，以防止這類零件及其相鄰部位間出現(xiàn)問(wèn)題或者失效。

　　對(duì)鋼材來(lái)說(shuō)，其化學(xué)成份上的微小差異都可能對(duì)其性能造成重大影響，所以要對(duì)待任何類型壓力容器鋼材的“以優(yōu)代劣”問(wèn)題都要予以充分重視，要慎重，以免導(dǎo)致產(chǎn)品和原設(shè)計(jì)不符，從而產(chǎn)生重大的不良后果。

　　三、以厚代薄

　　“以厚代薄”常常使容器殼體從平面應(yīng)力狀態(tài)的受力態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)變狀態(tài)，這對(duì)容器受力狀態(tài)來(lái)說(shuō)，是有百害而無(wú)一利的，通常情況下，厚壁容器比薄壁容器更容易產(chǎn)生三向拉應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生平面應(yīng)變脆性斷裂。

　　3.1 對(duì)原設(shè)計(jì)中封頭和筒體間等厚焊接的容器，若對(duì)容器殼體的個(gè)別部件進(jìn)以厚代薄，很容易造成或增加殼體的幾何不連續(xù)情況，從而使封頭和筒體間的連接部位的局部應(yīng)力增加，此時(shí)，對(duì)于有應(yīng)力腐蝕傾向的容器來(lái)說(shuō)，會(huì)造成很大的損害?？赡軙?huì)導(dǎo)致疲勞裂紋，嚴(yán)重的可能造成疲勞斷裂。

　　3.2 在厚板替代薄板時(shí)，常常導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變，例如，筒體與加厚的封頭連接時(shí)，通常需要對(duì)封頭進(jìn)行削邊處理。對(duì)以管道為主要筒體構(gòu)成的設(shè)備，若增加筒壁厚度，在封頭與筒體的連接部位也須對(duì)筒體側(cè)實(shí)施內(nèi)削邊處理。在厚度增加較大時(shí)，往往也要考慮到焊接工藝的變化。

　　3.3 容器殼體整體層面上的“以厚代薄”，雖然并不會(huì)造成筒體連接處和封頭的局部應(yīng)力增加，但不可避免地，仍會(huì)導(dǎo)致一些不良影響。1）厚度增加后，原來(lái)的殼體設(shè)計(jì)中的探傷方式和焊接工藝也要進(jìn)行相應(yīng)的改變，增加了制造難度；2）殼體厚度的增加必然使容器的重量加大，當(dāng)容器重量增加過(guò)大時(shí)，也必然會(huì)對(duì)容器的基礎(chǔ)和支座產(chǎn)生不利影響；3）對(duì)殼體同時(shí)兼具傳熱作用的容器，殼體厚度的增加肯定會(huì)影響其傳熱效果。

　　3.4 鋼板的許應(yīng)用力和其厚度緊密相連，《固定式壓力容器（GB150-2011）》指出，鋼材的許應(yīng)用力隨著其板厚的增大而減小，二者負(fù)相關(guān)。例如20℃——150℃環(huán)境下，Q345R板厚由16mm變?yōu)?/span>18mm時(shí)，其許應(yīng)用力則從170MPa降為167MPa，150℃時(shí)，Q245R的板厚由16mm變?yōu)?/span>18mm時(shí)，其許應(yīng)用力則從135MPa降為125MPa。由此可知，以厚代薄在極端狀態(tài)下反而可能導(dǎo)致材料的強(qiáng)度下降，故而，對(duì)處于臨界狀態(tài)的以厚代薄，必須驗(yàn)算其強(qiáng)度。

　　3.5 因?yàn)樵穸扰c其剛性是成正比的，厚度越大，剛性越強(qiáng)，所以原則上不允許對(duì)撓性薄管板、波紋管和膨脹節(jié)等元件實(shí)行以厚代薄，以防止減弱補(bǔ)償變形的能力。

　　綜上所述，以厚代薄的利弊問(wèn)題是很復(fù)雜的，在進(jìn)行代用時(shí)，應(yīng)對(duì)其代用的可行性和影響進(jìn)行綜合考慮后，方可決定其是否可行。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　壓力容器制造中的材料代用并不單單是技術(shù)問(wèn)題，更包含容器的安全性、投資的經(jīng)濟(jì)效益、制造的成本等經(jīng)濟(jì)和管理問(wèn)題在內(nèi)的綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。所以，不論是哪種材料代用，其本質(zhì)上均是變更壓力容器的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)給予足夠的重視，并作出相應(yīng)的設(shè)計(jì)制作的變更。