压力容器审核人员培训班讲稿-压力容器设计基础7

压力容器审核人员培训班讲稿 材料许用应力的取法

压力容器中受压元件的材料许用应力确定，通常是以材料常温下最低抗

拉强度ζ、设计温度下的屈服点ζs除以各自的安全系数后所得的最小值，

t

b

作为受压元件设计时的许用应力，即取以下最小值。

[ζ]=ζ/n; [ζ]=ζs/ ns

t

t

b

b

当碳素钢或低合金钢的设计温度超过 380-420℃，合金钢（如 Cr—Mo

钢等）设计温度超过 450℃；奥氏体不锈钢的设计温度超过 550℃时，必须

同时考虑高温持久强度或蠕变强度作为计算许用应力。

[ζ]=ζD/n t 或[ζ]=ζn/nn

t

t

t

t

D

材料的蠕变强度对于化工容器用的材料常以一定温度下，经过 10 万小

时（约 11 年）产生 1%的蠕变总变形，为该材料在某高温下的蠕变强度，

以此蠕变强度作为计算许用应力的基准。这种确定应力的方法，是以限制

容器产生一定量的塑性变形为依据的。

材料的持久强度极限对于化工容器用的材料常以一定温度下，经过 10

万小时后产生的断裂应力作为设计用的持久强度极限。近年来还比较多地

采用持久极限来代替蠕变极限作为确定许用应力的依据，这是因为长期在

高温下工作的材料通常出现小变形的断裂现象。例如碳钢在经过 10小时后

5

断裂时，其相对伸长率δ不超过 10%，而在变形大于 4-5%时即有脆性断裂

的危险性。采用持久极限可以直接反映出高温长期工作时对断裂的抗力。

综上所述，在高温下许用应力系取下列四者中的最小值

[ζ]=ζ/n；

b

b

[ζ]=ζ/n；或[ζ]=ζs/ns

t

s

s

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压力容器审核人员培训班讲稿

[ζ]=ζD/nD [ζ]=ζn/nn

t

t

式中 ζ、ζ——材料在常温下的强度极限和屈服极限 MPa

b

s

ζD——材料在设计壁温下经 10 万小时断裂的持久极限 MPa

t

ζs——材料在设计壁温下的屈服极限，亦可取产生残余变形达

t

的条件屈服极限，MPa；

ζn——材料在设计壁温下的蠕变极限，MPa；

t

n、n、n、n——分别为强度极限、屈服极限、持久强度、蠕变

b

s

D

n

极限的安全系数。

〔ζ〕={ζ/nζs/ns, ζn/nn, 或ζD/nD,}min

t

t

t

b

b ,

ζ Mpa ζMpa 170 ζb/3 125 ζs/1.6 tζ/3 b0.9ζs t ζs/1.5 t ζD/1.5 t 200 400 ℃

℃ 安全系数 n 的选择

安全系数是用以保证受压元件安全的系数。它的选择是设计中关键的问

题，也是一个复杂的问题。它的大小与设计水平、材料质量、制造方法、

检验标准以及设备操作状态等有着密切关系。近年来，随着科学技术发展

和实践资料的积累，各国压力容器的安全系数都有所降低。

容器的安全系数

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压力容器审核人员培训班讲稿 强度性能 常温下 常温或设 10 万小时 万 最低 计温 安全系数 断裂的持久强度 小时蠕变率为 1% 度下的屈 抗拉强 t 的 ζ D 度 服点蠕变极限 材料 平均 ζ ζ或ζs t ζ n 值 最小值 n n n 碳素钢、低合金 钢、铁素体高合 ≥3 ≥1.6 ≥1.5 ≥1.25 ≥1.0 金钢 btsbsD设 计 温 度 下 设计温度下经 10 经 奥 氏 体 高 合 金 钢

- ≥1.5 ≥1.5 ≥1.25 ≥1.0 注:当部件的设计温度不到蠕变温度范围,且允许有微量的永久变形时,可 适当提高许用应力,但不超过 0.9ζs。此规定不适用于法兰或其他有微量

t

永久变形就产生泄漏税或故障的场合。

螺栓安全系数 设计温度下 设计温度下 经 10 万小时 ζS 的 断裂的持久 材料 螺栓直径 mm 热处理状态 屈服点 ζ 强度ζt 平均 值的 n ≤M22 1. 7 碳素钢 热扎·\?1X火 2.5 M24～M48 2. 5 低合金钢马 ≤M22 tSDD 氏体高合金 钢 奥氏体高合 金钢

M24～M48 ≥52 ≤M22 M24～M48 调质 固溶 3.0 2.7 1.6 1.5 1.5 球形贮罐 在安全系数上与圆筒容器有所不同,根据球形贮罐采用低合金钢

及使用经验基础上,提出安全系数要考虑材料屈强比γ的因素，因为材料随

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着γ的增加其塑性储备会降低，应在安全系数上反映出来，故我国《钢制

球形储罐》，取 n=1/0.5(1.6-γ)( γ——钢材的屈服极限与抗极限之比

值)。

6)焊接接头系数

由于焊缝金属可能存在着未被发现的缺陷，夹渣、未焊透、裂纹、

气孔等缺陷使焊接接头金属的强度降低。同时在焊接接头的热影响区

往往形成粗大晶粒而使金属母材强度或塑性也有所降低，因此形成压

力容器薄弱的区域。实践证明，许多容器破坏总是在其热影响区或焊

缝开始的。所以在强度计算中要引用焊接接头系数以弥补焊接接头对

容器强度的削弱。

焊接接头系数θ=焊缝区材料强度/本体材料强度≤1

焊接接头系数大小与以下主要因素有关：

a. 焊接接头的结构形式：焊接接头设计是保证焊缝质量的重要条件。一

般双面焊的对接焊缝以及相当于双面焊（氩弧焊打底单面焊双面成型）的

对接焊缝，焊接接头能焊透焊缝质量容易保证，故焊接接头系数可取大些。

单面焊不易保证焊透，带垫板的单面焊焊缝根部易形成初始裂纹，故焊接

接头系数应取小些。

b. 焊接接头无损检测的长度比例。经过无损检查（包括射线透视和超声

波探伤等）焊接接头质量有保证，无损检查比例越高（100%），缺陷愈少，

焊接接头系数θ可取大些。

7)公称直径和公称压

公称直径 D

N

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