轻型化—压力容器的发展方向

摘 要：科学技术的进步和发展让压力容器的应用领域日益广泛，并在各个应用领域发挥出重要作用和影响。轻型化-压力容器也日渐在压力容器的发展中崭露头角，成为引领压力容器发展的重要方向。基于此，本文就轻型化-压力容器的发展方向进行分析和研究，希望可以为轻型化-压力容器的更好发展提供借鉴。

关键词：压力容器；轻型化-压力容器；发展方向

1 材料强度发展

1.1 低合金高密度钢

由于具有良好的综合性能，因此，越来越广泛的应用与压力容器中。在《压力容器用钢板》、《压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板》以及《锅炉和压力容器用钢板》中，16MnR的屈服强度最大值基本都是345MPa，然而，其厚度范围处于持续扩展状态，也在逐步提升厚钢板强度。

1.2 含氮不锈钢

将氮元素添加至不锈钢中，能够实现其强度的显著提升，并对焊接性与耐腐蚀性起到一定改进作用。由于氮价格比较低廉，并且能够实现不锈钢强度的显著提升，其应用范围在不断扩展。自20世纪70年代以来，在冶金工业领域中，通常用氮开展不锈钢的合金化工作，关于最为普遍的含氮不锈钢方面，主要包括两种，即哦，奥氏体不绣钢与双相不绣钢。其中，对于奥氏体不锈钢而言，其综合力学性能与耐腐蚀性比较突出，对氮元素进行添加之后，在不对材料塑性与韧性造成严重损害的基础上，能够实现其强度的提升。

1.3 复合材料

复合材料不仅具有突出的强度、刚度与稳定性，并且其质量比较轻，该材料普遍应用于新能源汽车与航空航天领域高压燃料储存容器中。对于复合材料压力容器而言，其主要包括金属内胆与塑料内胆两种结构形式。相比较于钛合金制容器性能因子，金属内胆是其1.5～3倍，能够减少20%至50%的质量。相比较于金属内胆，塑料内胆的轻型化程度更为突出。

2 安全系数降低

伴随着压力容器用钢质量、焊接技术，以及射线、超声、涡流检测等无损检测技术的发展，加之，寿命预测与可靠性分析技术水平处于持续提升状态，致使压力容器安全系数在不断降低。以ASME锅炉为例，关于其抗拉程度方面，1914年至1944年其安全系数是5，在第二次世界大战期间，由于缺乏相关材料，1944年至1945年安全系数将为4，1945年又回升至5.0，1951年其安全系数为4，1999年其安全系数为3.5，2007年其安全系数为2.4。在我国的《固定式压力容器安全技术监察规程》中，相对于抗拉强度安全系数方面，也作出了相关调整，针对常规设计中，由最初的3降至2.7，针对分析设计中，由最初的2.6降至2.4。

3 强度更高屈服

第一，针对奥氏体不锈钢、铜、镍、铝等材料而言，这些材料具备良好的韧性、塑性以及较低的屈强比，屈服强度决定者其许应用力。所以，关于屈服强度方面，很多国家都通过Rp10将Rp12取而代之，通过该方法，能够实现材料许用应力值的显著提升。利用该方法开展相关设计工作，针对奥氏体不锈钢，能够实现许用应力值12%至43%的提升，针对纯铝材料，能够提升22%至80%。通过更高的屈服强度，能够确保容器的安全性，并且能够符合工程应用的要求与规定；第二，伴随着温度的不断减少，会提升奥氏体不锈钢的强度，在《钢制压力容器》与《非火焰直接接觸压力容器》等有关标准内容中，通常不会对低温强化关于材料程度的影响作用，进行考量。在美国的部分标准中明确规定，在低温的环境条件下，在使用5% 、8%、9%N2钢和304不锈钢以及5083-0型铝合金的过程中，可以通过更高的强度，来对其许用应力进行确定。

4 应变技术应用

由于奥氏体不锈钢的屈强比不高，根据传统压力容器许应用力的确定方法，即便相对于抗拉强度的安全系数为2.4，仍然由屈服强度对许用应力，开展相关控制工作，对奥氏体不锈钢的优良综合性能的发挥，起到一定的影响作用。关于其屈服强度方面，可以将Rp12用Rp10取代，还可以通过应变强力技术，来实现其屈服强度的提升。关于应变强化技术方面，主要包括两大类型，即室温应变强化与低温应变强化。其中，在室温应变强化中，在结束容器制造工作之后，在室温环境中开展水压试验，在特定的强化压力之下，容器就会生成塑性变形，进而实现屈服强度的提升。在低温应变强化中，通过液氮冷却容器，开展液氮打压工作，利用面心至体心立方结构马氏体相的无扩散变化，来确保材料强度提升工作的完成。

5 融洽结构优化

关于压力容器结构的优化方面，其主要分为两大类：

第一，针对结构形式，开展优化工作，通过缠绕式高压容器结构，能够实现焊接工作量的高效降低，并实现容器抗疲劳性的提升；第二，针对当前结构，开展优化设计工作，换而言之，以最优化理论为前提，根据设计所追求的目标，在符合强度、稳定性等约束条件的基础上，对最优方案的设计方法进行查找。其目标函数为最小容器中量与最小应力集中系数等，以相关设计条件为前提，通过计算机辅助优化设计方法，使安全性得到保障的同时，能够实现容器重量的减小。

6 结语

轻型化-压力容器的发展对于压力容器的发展具有重要作用和影响，其在引领压力容器的发展方向方面更是做出卓越贡献。探索轻型化-压力容器的发展路径，对其发展方向予以深入探究，更加能够让压力容器得以更好发展，也能够让压力容器的应用作用得以充分发挥。

参考文献：

[1]陈小宁，周吉军.奥氏体不锈钢压力容器的应变强化承载能力研究[J].中国设备工程，2017（04）：173-174.

推荐访问:发展方向 压力容器

---