中国压力容器典型用钢最低设计金属温度研究

摘要

近年来，美国ASME规范逐渐“认可”和收纳了部分中国压力容器用钢，先后将Q345R、GB/T713-2008《锅炉和压力容器用钢板》中Q370R和15CrMoR等中国压力容器典型用钢分别以规范案例（ASME BPVC II Code Case2642）和分卷（SA/GB713）的形式纳入。但在材料最低设计金属温度上，只对Q345R做了具体要求，而且取值上非常保守，甚至高于GB/T150业已十分保守的最低使用温度-20℃的规定。这一规定的推出无疑严重限制了中国压力容器用钢优秀低温力学性能的发挥，压低了中国压力容器产品的国际竞争力，为产品的出口带来了极其不利的影响。中国方面急于打破这一僵局，但缺乏可靠的数据支撑。此外，目前中国压力容器设计标准仍然沿用早期美国ASME规范防脆断设计理念，基于工程经验、按“一刀切”的方法确定钢材的最低使用温度，若能有综合材料类别，结构厚度、应力状态、热处理状态等因素的低温环境选材方法，将大幅拓展中国压力容器用钢在低温下的使用温度范围，从而降低产品的制造成本，对整个行业的发展将大有裨益，同时也能进一步揭示和验证中国压力容器用钢在低温下的优秀力学性能，显著提高产品的国际竞争力。 基于以上两个目的，本文在国家质检公益性行业科研专项“压力容器用钢最低设计温度确定方法”（项目编号：201010027）的支持下，针对中国压力容器典型用钢Q345R、Q245R、Q370R、16MnDR、12Cr2Mo1R以及S30408的最低设计金属温度有关的一些问题开展研究，主要研究内容以及结论如下： （1）通过开展大量试验研究，获得了中国压力容器典型用钢的低温力学性能分布规律，证实了Q345R材料的低温韧性被ASME规范严重低估；为中国防脆断相关的标准规范的制订以及提高中国压力容器典型用钢国际竞争力，在国际上获取更客观公正的认可提供了庞大可靠的数据支撑。 （2）基于材料低温力学性能试验数据，对ASME规范豁免曲线的推导方法进行了优化改进，确定了适用于中国压力容器典型用钢的冲击试验豁免曲线和最低设计金属温度；探讨了中国材料采用主曲线方法替代夏比冲击试验来确定最低设计金属温度的可行性，揭示了基于主曲线方法的豁免曲线能进一步拓展材料的使用温度范围。 （3）讨论了已有经验关联在Q345R、Q245R、Q370R、16MnDR、12Cr2Mo1R的冲击功与侧向膨胀量关系上的适用性，并结合试验数据建立并探讨了一种新的分段关联方法。此外，开展了对S30408奥氏体不锈钢焊接接头的标准试样以及小尺寸试样的冲击功和侧向膨胀量关系的研究，并确定了各类情况下最合适的指标要求，揭示了应变强化技术对其关系无影响。

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