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制药装备中压力容器钢材选取要点解析

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：胡志勇

[导读] 摘要：制药装备当中，压力容器材料的选择与制药过程的多样性及复杂性有极大关联，甚至是决定关系。

        德强生物股份有限公司黑龙江哈尔滨 150060
        摘要：制药装备当中，压力容器材料的选择与制药过程的多样性及复杂性有极大关联，甚至是决定关系。制药装备中，经常使用的压力容器材料有钢材、复合材料金属与非金属等，不过，在实际应用过程中，被利用最多当属钢材，因此，文章以制药装备中压力容器钢材选取要点为题进行分析，目的在于为行业内相关单位提供参考。
        关键词：制药装备；压力容器；钢材选取；要点
        1 制药装备中压力容器钢材选取的基本要求
        制药工业在进行生产的过程中，会面临极其复杂的工艺条件，因此，必须综合考虑各种因素所带来的影响。文章与实际使用相联系，分析制药装备当中压力容器钢材的选择要点，其中包含钢材选择的基本要求、常使用的钢材介绍，意在给制药装备制造安装单位提供参考。
        1.1 钢材的韧度
        制药装备当中，压力容器必须具备优良的韧性，压力容器结构中，存在小圆角亦或是缺口的结构，进行焊接的过程中，也会产生一些气孔、夹渣的情况，还有未焊透或者没有熔合的缺点，甚至是产生裂纹。这一系列的不足便会在容器局部进行应力集中，面对这些问题的存在，就要求钢材具备良好韧性，只有拥有良好的韧性，才能避免因为载荷波动、过载、冲击、低温等情况所引起的压力容器开裂。
        1.2 钢材的强度
        制药装备当中，压力容器要承担一定的压力及另外的载荷，因此，其钢材需要具备应有的强度。压力容器的壁厚程度是由其钢材强度所决定的，但是，钢材的所有力学性能之间既存在联系性，又存在制约性。所以，在进行选材的过程中不能只看其强度，还要综合考虑，全面分析。如果钢材的强度偏低，就需要将容器元件厚度再增加一些。但是，应当避免无原则使用高强度钢材，这样会造成材料及制造成本过高的情况，同时，钢材的抗脆断力度也会降低。
        1.3 钢材的耐腐蚀性
        为达到工艺要求，制药装备的压力容器在进行钢材选择时，一定要考虑其耐腐蚀性。在进行生产的过程中，很多介质都有一定的腐蚀效果，若选择一般碳钢，可能会比较难达到其在使用寿命期间一直保持良好的抗腐蚀性，这时候，便要分析介质的相关性质，选择有色金属、高合金钢亦或是耐腐蚀的里衬。
        1.4 钢材的可加工性
        就制造工艺方面分析，制药装备当中的压力容器材料还需具有较好的可加工性能，即焊接性与冷热加工性。除了锻造或者铸造的容器，制药装备当中压力容器的制造通常是使用冷热加工、热冲压或者焊接等技术将钢板进行加工制造所得，这样的加工技术要求钢材必须具备较好的焊接性及塑性，这样可以确保在进行热冲、冷卷过程中不易断裂，最后还能获得高质量的焊接结构。
        1.5 钢材的使用性
        要确保制药装备当中压力容器的钢材选择具有使用性能，就要结合容器本身的特点和使用性一起考虑，一般而言，比较常用的是S31603和S30408两种。
        2 制药装备中压力容器钢材选取要点
        在进行制药装备的压力容器钢材选取时，必须考虑的要点有：选择过程中应当考虑设备处于怎样的环境中操作，即操作条件，比如：介质特性、设计的压力及相应的温度。此外，还要考虑钢材料的冷热加工性、焊接性、热处理和压力容器相应结构功能等。相关人员在进行钢材料选择时，应当考虑该种材料是否经济合理。所选择的钢材料必须达到国家相关标准，否则不予使用。尤其是相关设备如管法兰、人手孔、法兰、管件及液面计等的钢材选择，必须达到相关零件国家级行业标准，否则视为不合格，不予使用。
        3 制药装备中压力容器钢材介绍
        3.1 壳体常用材料
        碳素钢以及低合金钢板。

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此类材料适用于一般的压力容器钢板，低合金钢是基于普通钢材之上，于其中添加少量或者微量合金成分，比如：Cr、Mn、Ni、Si、V、Mo等等，添加这些成分，明显改善了钢材的强度以及综合力学性。在《锅炉和压力容器用钢板》内，也列出了很多的钢板种类，比如：15CrMoR、18MnMoNbR、Q345R、13MnNiMoR等。低温压力容器采用低合金钢的材料。根据工作的温度来实行分类，若设计过程中温度小于-20℃的低合金钢及碳素钢便是低温容器。就这类型容器而言，可选择耐低温专门材料。对于这一钢材，不仅要求其具备良好的强度，还需具有充足的韧度，这样可以很好地避免压力容器出现低温脆断的情况。在《低温压力容器用钢板》以及《压力容器》内，也列出了低温压力容器所需的钢材，比如：07MnNiVDR、15MnNiDR等。碳素结构钢板。该结构主要是以钢屈服度来表示其牌号，同时根据钢内硫、磷的含量来划分其等级，含量越高，则等级越高。标准牌号内，Q表示钢屈服点，后面的数据则表示钢屈服点值。此类材料是用途较小的非压力容器常用钢板，基于某种条件，也可用于压力容器当中。能够使用钢板有Q235C及Q235B。不锈钢钢材。其全称是不锈耐酸钢，一般而言，指的是铁基耐蚀合金内，铬含量为12%-30%。此类材料可根据铬含量分成两种，其一，不锈钢，含量为12%-17%，其处于大气中能够自发钝化，常用在水、大气或者腐蚀性弱的介质内。其二，常用于腐蚀性大的介质内，铬含量超过17%，此类不锈钢也被称作“耐酸钢”。
        3.2 接管和换热管的常用材料
        制药装备内含有很多的钢管，例如：容器上的工艺接管以及换热设备上经常采用的换热管等等。所有的接管及换热管大多采用无缝钢管，并且是受压部件。大多时候使用的无缝钢管其材料有五种：高合金钢、碳素钢、低合金耐热钢、低合金钢以及不锈钢。接管与换热管的材料在冶炼要求及性能方面和上述所说钢板类似。
        3.3 螺栓和螺母的常用材料
        制药装备当中，比较常用的基础零件当属螺母及螺栓。因为螺栓的作用是承受器材的负荷，所以，两者的制造必须使用强度极高的材料来完成，当然，材料的韧性、塑形和可加工性也非常重要。对于用于高温高强度环境中的螺栓，需要考虑钢材料的抗松弛性以及耐热性，还有其缺口敏感度。螺栓及螺母的使用需要配套，一般而言，螺母的强度及硬度都低于螺栓。
        3.4 管板和法兰的常用材料
        在压力容器中，管板和法兰属于典型受力元件，此元件往往使用的是钢板或者锻件材料，将此类材料经过切削和钻孔，最终制成，而后再将成品和壳体经过焊接组合起来。所以，在选择管板和法兰的钢材料时，一定要考虑其可焊性、可锻性、加工性及切削等性能属于良好。由于管板和法兰必须接触介质，并且有极其复杂的受力，所以，在进行材料选择的过程中需考虑相应的力学性，应当高于壳体。管板和法兰经常采用的钢材料有：S31603、Q245R、S30408、Q235B等，常用锻件有：S31603、20MnMo、S30408、20、16Mn等。
        3.5 支座和其他附件的常用材料
        制药装备的压力容器中，起到支撑整个容器负荷作用的便是支座，但是，支座并不承受温度以及介质的压力，所以，在进行支座材料选择的过程中，应当选择刚性比较好的钢材料，比如：S30408、Q235B及Q235A等。其他附件材料的选择应当根据实际的情况，在节约成本的基础上，选择最适合的钢材料，但是，同样需要考虑材料的韧性、强度、耐腐蚀性、使用性等。
        结束语：
        在进行制药装备压力容器材料选择的过程中，不仅要根据相应的工作环境比如：压力、温度、介质的腐蚀性、脆化性，易燃易爆等进行考虑，选择具备耐腐蚀、物理性能好、力学性能强的材料，还要考虑所选材料是否会受到加工技术的影响，比如：可否加工，是否具备可焊性等，同时综合考虑其经济性和来源等。此外，所选择的材料还要与国家的相关标准或者规定相一致，尤其是有限制性的材料，一定要再三考虑其是否适用。
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