如何进行正确的选材是压力容器设计和制造中的首先要解决的议题，也是相当重要的一个方面。一旦材料选取不当，会对容器的安全运行留下较大隐患。所以，在压力容器选材上，应根据容器的运行参数，如压力和温度、操作要求、介质特性等，来选取具有(yǒu)合适的力學(xué)、焊接和耐蚀等性能(néng)的材料。除此之外，选取材料时还要充分(fēn)考虑其具體(tǐ)加工工艺和技术经济性能(néng)等其他(tā)相关因素。材料的选择和改动应加以足够的重视。

　　一、材料代用(yòng)的具體(tǐ)规定

　　在设备的设计和制造过程中，常常会出现材料采購(gòu)困难或者出于经济上的考虑，材料变更、代用(yòng)的现象经常出现。《固定式压力容器安全技术监督规程（TSGR0004-2009）》以及《固定式压力容器（GB150-2011）》对材料代用(yòng)都作了相关规定。主要有(yǒu)：“压力容器的承压部件在代用(yòng)材料的选择上，应和被代用(yòng)材料有(yǒu)着相同或者相似的外形质量、化學(xué)成分(fēn)、尺寸公差、性能(néng)指标、检验项目和检验率等。”材料代用(yòng)基本的原则是：要绝对保证，在技术要求上，代用(yòng)材料不得低于被代用(yòng)材料。个别在检测率或性能(néng)项目上要求不严格的代用(yòng)材料，可(kě)以采取检验、测试的方式来选择合适的代用(yòng)材料。

　　二、以优代劣

　　压力容器所用(yòng)的全部金属材料要具有(yǒu)优良的性能(néng)，包括材料的力學(xué)性能(néng)、耐腐蚀性、耐高温性和制作工艺等。每一种材料的性能(néng)都是固定不变的，材料代用(yòng)中的“优”与“劣”判断从实际出发，具體(tǐ)问题具體(tǐ)分(fēn)析。基于自身工作经验，对以下几种典型的“以优代劣”问题发表些许浅见。

　　2.1压力容器制作中，在强度、力學(xué)特征等机械性能(néng)方面，其常用(yòng)到的低合金钢尽管明显优于碳素钢，但其冷加工性能(néng)与可(kě)焊性都较碳素钢為(wèi)差。一般来说，强度级别高的，其冷加工性能(néng)与可(kě)焊性就较差，二者负相关。所以在进行这方面的代用(yòng)时，应相应调整焊接工艺，在热处理(lǐ)时也可(kě)能(néng)会有(yǒu)相应变化，应给以充分(fēn)重视，在技术要求上予以明示。

　　2.2材料代用(yòng)时应进行细致、周全的考虑，以避免压力容器实际使用(yòng)中可(kě)能(néng)会出现各种安全隐患。比如处于湿硫化氢环境下及存在应力腐蚀开裂风险的设备中，容器对应力腐蚀开裂地敏感性随容器使用(yòng)的钢材的强度级别的提高而增大，二者正相关。此时若将Q235和Q245R系列的钢材用(yòng)Q345R等低合金钢代用(yòng)就极易产生问题，因此，此类的“以优代劣”，原则是不提倡的，应当避免。

　　2.3和普通不锈钢相比，超低碳不锈钢虽然价格高并具有(yǒu)良好的耐腐蚀性，但前者的高温热强性却较后者出色。一般情况下，為(wèi)了提高耐腐蚀性，需降低碳含量，而為(wèi)了提高高温性，则要提高碳的含量。故而，此种情况下的“以优代劣”，要尤其精细计及设备的设计温度，如有(yǒu)必要，应当重新(xīn)计算。

　　2.4原则上，膨胀节、爆破片、挠性管板及这类零件的选材不能(néng)简单地进行以优代劣，特殊情况下必须代用(yòng)时应对代用(yòng)的材料重新(xīn)进行精确计算，根据其结果，适当调整零件厚度，以防止这类零件及其相邻部位间出现问题或者失效。

　　对钢材来说，其化學(xué)成份上的微小(xiǎo)差异都可(kě)能(néng)对其性能(néng)造成重大影响，所以要对待任何类型压力容器钢材的“以优代劣”问题都要予以充分(fēn)重视，要慎重，以免导致产品和原设计不符，从而产生重大的不良后果。

　　三、以厚代薄

　　“以厚代薄”常常使容器壳體(tǐ)从平面应力状态的受力态转变為(wèi)平面应变状态，这对容器受力状态来说，是有(yǒu)百害而无一利的，通常情况下，厚壁容器比薄壁容器更容易产生三向拉应力，进而产生平面应变脆性断裂。

　　3.1对原设计中封头和筒體(tǐ)间等厚焊接的容器，若对容器壳體(tǐ)的个别部件进以厚代薄，很(hěn)容易造成或增加壳體(tǐ)的几何不连续情况，从而使封头和筒體(tǐ)间的连接部位的局部应力增加，此时，对于有(yǒu)应力腐蚀倾向的容器来说，会造成很(hěn)大的损害。可(kě)能(néng)会导致疲劳裂纹，严重的可(kě)能(néng)造成疲劳断裂。

　　3.2在厚板替代薄板时，常常导致连接结构发生相应改变，例如，筒體(tǐ)与加厚的封头连接时，通常需要对封头进行削边处理(lǐ)。对以管道為(wèi)主要筒體(tǐ)构成的设备，若增加筒壁厚度，在封头与筒體(tǐ)的连接部位也须对筒體(tǐ)侧实施内削边处理(lǐ)。在厚度增加较大时，往往也要考虑到焊接工艺的变化。

　　3.3容器壳體(tǐ)整體(tǐ)层面上的“以厚代薄”，虽然并不会造成筒體(tǐ)连接处和封头的局部应力增加，但不可(kě)避免地，仍会导致一些不良影响。1）厚度增加后，原来的壳體(tǐ)设计中的探伤方式和焊接工艺也要进行相应的改变，增加了制造难度；2）壳體(tǐ)厚度的增加必然使容器的重量加大，当容器重量增加过大时，也必然会对容器的基础和支座产生不利影响；3）对壳體(tǐ)同时兼具传热作用(yòng)的容器，壳體(tǐ)厚度的增加肯定会影响其传热效果。

　　3.4钢板的许应用(yòng)力和其厚度紧密相连，《固定式压力容器（GB150-2011）》指出，钢材的许应用(yòng)力随着其板厚的增大而减小(xiǎo)，二者负相关。例如20℃——150℃环境下，Q345R板厚由16mm变為(wèi)18mm时，其许应用(yòng)力则从170MPa降為(wèi)167MPa，150℃时，Q245R的板厚由16mm变為(wèi)18mm时，其许应用(yòng)力则从135MPa降為(wèi)125MPa。由此可(kě)知，以厚代薄在极端状态下反而可(kě)能(néng)导致材料的强度下降，故而，对处于临界状态的以厚代薄，必须验算其强度。

　　3.5因為(wèi)元件厚度与其刚性是成正比的，厚度越大，刚性越强，所以原则上不允许对挠性薄管板、波纹管和膨胀节等元件实行以厚代薄，以防止减弱补偿变形的能(néng)力。

　　综上所述，以厚代薄的利弊问题是很(hěn)复杂的，在进行代用(yòng)时，应对其代用(yòng)的可(kě)行性和影响进行综合考虑后，方可(kě)决定其是否可(kě)行。

　　四、结语

　　压力容器制造中的材料代用(yòng)并不单单是技术问题，更包含容器的安全性、投资的经济效益、制造的成本等经济和管理(lǐ)问题在内的综合的技术经济问题。所以，不论是哪种材料代用(yòng)，其本质上均是变更压力容器的设计方案，应给予足够的重视，并作出相应的设计制作的变更。