压力容器用材料的焊接性能,耐腐蚀性能及某些特殊工艺/机械性能与对应的应用场景紧密相关。为了方便使用,业界总结了一些表征相关性能的系数和指数,以下列出一些应用广泛的系数/指数供大家参考使用。
1. 碳当量(CE)
碳当量(Carbon equivalent,CE)是一个简单实用的表征金属焊接性的方法。International Institute of Welding (IIW)推荐的碳当量计算公式如下。国内承压设备材料标准GB/T713.1-2023和ASME BPVC材料标准SA-20 S20也采用同样的计算式:
ASME BPVC材料标准SA-20表S20.1根据材料的抗拉强度和厚度,规定了最大的碳当量数值。AWS标准中采用的碳当量的计算式为(引入了Si含量的当量):CE(AWS)=%C + (%Mn)/6 + (%Cr+%Mo+%V)/5 + (%Ni+%Cu)/15 + (%Si)/6焊接冷裂纹敏感指数也是一种评价材料焊接性的指标。焊接冷裂纹敏感指数越大,说明钢在焊接时产生裂纹的倾向就大,其焊接性就差。国内承压设备材料标准GB/T713.1-2023规定焊接裂纹敏感性指数计算式如下。国内承压设备材料标准GB/T713.6-2023调质高强钢就规定了焊接冷裂纹敏感指数Pcm。根据合金元素Cr、Mo、V、Nb、Ti等,对钢的焊接再热裂纹的影响,可以得到评定钢材再热裂纹敏感性的经验公式,国内承压设备材料标准GB/T713.1-2023规定调质钢再热裂纹敏感指数计算式如下。当PSR>0时,易产生再热裂纹。此公式有一定的参考意义,但是也有一定的局限性,因为公式忽略了杂质元素(如S、P、Sb、Sn和As等)、夹杂物及热输入等的影响。铬钼钢的回火脆性是指长期在370℃~595℃温度范围内操作时产生冲击韧性下降的现象。通常通过对杂质元素的控制来控制回火脆化的影响。GB/T713.2-2023附录B引入回火脆化系数J和X计算式如下。
ASME BPVC材料标准SA-387 S62对J系数的要求为不大于150,同时要求了Ni和Cu的含量。当用户提出要求时,J系数可为100。X系数为不大于15,同时要求了Ni和Cu的含量。技术论文ASME PVP2009-78144引入可K系数来控制回火脆化的影响,计算式如下(元素含量以ppm计),控制值为不大于1.5:5. 低温液氢/液氦用奥氏体不锈钢的奥氏体稳定性系数Δ和低温马氏体自转变温度MsMs(℃)={75(14.6-Cr)+110(8.9-Ni)+60(1.33-Mn)+50(0.47-Si)+3 000×[0.068-(C+N)]-32}/1.8NBTXXXXX-2024固定式真空绝热液氢压力容器(征求意见稿)和新版压力容器标准GB/T150.2-2024都引入了奥氏体不锈钢的奥氏体稳定性系数Δ和低温马氏体自转变温度Ms,且规定Δ>=0,Ms不大于最低设计温度。6. 不锈钢耐点蚀当量指数(Pitting Resistance Equivalent Number,PREN)为了表征不锈钢的耐点蚀能力引入了不锈钢的耐点蚀当量指数PREN,国内承压设备材料标准GB/T713.1-2023中的PREN计算式如下:HG/T20581-2020钢制化工容器材料选用规范表6.6.1列出了部分不锈钢材料的耐点蚀指数PREN。