低合金高強度鋼
[拼音]：yali rongqi
[英文]：pressure vessel
內部或外部承受氣體或液體壓力、並對安全性有較高要求的密封容器。壓力容器早期主要應用於化學工業，壓力多在10兆帕以下。合成氨和高壓聚乙烯等高壓生產工藝出現後，要求壓力容器承受的壓力提高到 100兆帕以上。隨著化工和石油化學工業的發展，壓力容器的工作溫度範圍也越來越寬。新工作介質的不斷出現，還要求壓力容器能耐介質腐蝕。許多工藝裝置規模越來越大，壓力容器的容量也隨之不斷增大。在工廠內製造的壓力容器單臺重量就達千噸，在現場製造的球形壓力容器、預應力混凝土壓力容器的直徑可達數十米。20世紀60年代開始，核電站的發展對反應堆壓力容器提出了更高的安全和技術要求，進一步促進了壓力容器的發展。許多生產工藝過程需要在壓力下進行，許多氣體和液化氣需要在壓力下貯存，因此壓力容器越來越廣泛地應用於各工業部門。許多新技術的發展對壓力容器不斷提出了新的更高的要求。如：煤轉化工業的發展需要單臺重量達數千噸的高溫壓力容器；快中子增殖反應堆的應用需要解決高溫耐液態鈉腐蝕的壓力容器；海洋工程的發展需要能在水下幾百至幾千米工作的外壓容器。
壓力容器在使用中如果發生爆炸，會造成災難性事故。歷史上曾多次發生過使成百人傷亡的壓力容器爆炸事故，甚至小型液化石油氣瓶的爆炸也會造成人身傷亡。核電站用反應堆壓力容器如發生事故，就會使放射性物質外逸，造成更為嚴重的後果。因此，防止壓力容器發生事故，始終是壓力容器設計、製造和使用者首要的任務。為了使壓力容器在確保安全的前提下達到設計先進、結構合理、便於製造、使用可靠和造價經濟等目的，各國都根據本國具體情況制定了有關壓力容器的標準、規範和技術條件，對壓力容器的設計、製造、檢驗和使用等各個方面提出具體和必須遵守的規定。隨著壓力容器技術的發展，在不斷積累經驗的基礎上，標準、規範、技術條件的內容也不斷得到完善和提高。
結構
壓力容器主要為圓柱形，少數為球形或其他形狀。圓柱形壓力容器通常由筒體、封頭、接管、法蘭等零件和部件組成。圖1中的壓水堆核電站反應堆壓力容器是一種典型的圓柱形壓力容器。它的筒體一般是用單層鋼板捲成圓柱形後焊制而成。壓力容器工作壓力越高，筒體的壁就應越厚。對於直徑較小的厚壁壓力容器，往往採用整體鍛造的厚壁筒體。直徑大的壓力容器壁厚可達100～400毫米。壓力容器有多種結構形式，如多層式、繞板式、型槽繞帶式、熱套式、厚板卷焊式和鍛焊式等。
多層式壓力容器
在20世紀30年代就已開始在工業上使用。這種結構的壓力容器由若干個多層筒節組焊而成。各筒節由內筒和在外面包紮的層板組成。內筒厚度一般為12～25毫米，外層層板的厚度一般為 6～12毫米。圖2為多層式壓力容器主要製造工序和結構示意圖。在內筒製成後，將層板同心地包紮在內筒外面，有鋼絲繩將層板捆緊於內筒上，然後焊接層板的縱焊縫，並借包紮力和縱焊縫的焊接收縮力使層板與內筒互相貼緊，並使內筒產生一預加的壓縮應力。第一層層板包紮、焊接後，用相同的方法包紮、焊接以後各層層板，達到所需要的筒體厚度為止。這種結構的優點是製造裝置較簡單，材料的選用有較大的靈活性，可按介質的腐蝕性選用合適的內筒材料，而層板選用一般壓力容器用鋼。這種結構即使在某一層鋼板中出現裂縫，裂縫也只能在該層層板中擴充套件，不會擴充套件到其他層板上。在每個筒節的層板上開有通氣孔，可用來監測內筒是否洩漏，以防止發生事故。安全性高是這種容器的突出優點。它的缺點是生產工序多、勞動生產率低。（見彩圖）
繞板式壓力容器
這種容器是將成卷的薄鋼板連續地纏繞在內筒外面，達到所需要壁厚為止，因而不必逐層包紮層板和焊接每層層板的縱焊縫。
型槽繞帶式壓力容器
圖3為這種容器的主要製造工序。在繞帶機床上對型槽鋼帶通電加熱到紅熱狀態，再用壓輥將鋼帶壓合到內筒表面上預先加工出的螺旋溝槽內，使之相互齧合。每繞完一層鋼帶後再繞下一層，直到所需的筒體厚度為止。這種結構的特點是：型槽鋼帶層層齧合，可使鋼帶層承受容器的一部分軸向力；筒體上沒有貫穿整個壁厚的環焊縫；使用安全性高。這種結構的缺點是需要使用特殊軋製的型槽鋼帶和專用機床。
扁平繞帶式壓力容器
採用特殊的纏繞方法將不帶溝槽的扁平鋼帶逐層繞於內筒上，使筒體上的扁平鋼帶層也能承受軸向力。內筒的厚度比型槽繞帶式壓力容器的內筒薄，而且無需用大型機床加工內筒外表面的溝槽。扁平鋼帶式壓力容器是中國首創的一種高壓容器，在中國的小化肥工業中已得到較廣泛的應用。
熱套式壓力容器
內筒外面套合上一至數層外筒，組成筒節（圖4）。通常先將外層筒體加熱使其直徑增大，以便套在內層筒體上。冷卻後的外層筒體就能緊貼在內筒上，同時對內筒產生一定的預加壓縮應力。內筒和外筒的厚度一般相同，常用25～50毫米的鋼板卷焊而成。熱套壓力容器用的鋼板比多層壓力容器的層板厚，層數少（一般2～3層，最多為5層），所以生產效率比多層壓力容器高。
工業上有些工藝過程要在工作壓力高於 100兆帕條件下進行，如高壓法生產聚乙烯和人造水晶等。這時，因所使用的壓力容器的壁厚很大，當容器的直徑比（外徑與內徑的比值）增大到1.5以上時，容器筒壁上沿厚度分佈的應力就很不均勻，內壁所受的切向應力和徑向應力會大大高於外壁，當容器尚未達到工作壓力時，內壁就過早屈服。為此，常採用預應力的措施，使容器內壁產生較大的預壓縮應力，以改善容器受壓時筒壁上受力狀況。在結構上可採用熱套式容器，控制熱套過盈量以達到所要求的內壁預壓縮應力；也可採用繞絲結構，在內筒的外層纏繞若干層控制預拉伸應力的高強度鋼絲，以使內壁得到所需要的預壓縮應力。
厚板卷焊式壓力容器
直接採用厚鋼板卷焊成筒節，再將筒節焊製成筒體。由於受鋼板生產等條件的限制，鋼板厚度一般不超過200毫米。
鍛焊式壓力容器
由鍛造的筒節經組焊而成，結構上只有環焊縫而無縱焊縫。70年代以來，由於冶煉、鍛造和焊接等技術的進步，已可供應570噸重的大型優質鋼錠，並能鍛造最大外徑為10米、最大長度為4.5米的筒體鍛件，因而大型鍛焊式壓力容器得到了發展，成為輕水反應堆壓力容器、石油工業加氫反應器和煤轉化反應器的主要結構形式。
當壓力容器內部的內件需要取出或更換時，壓力容器需要有可拆卸的端蓋，因此在端蓋與筒體聯接處就需要採用密封結構。密封對保證壓力容器正常運轉極為重要。密封結構由聯接件、緊韌體和密封元件組成。圖5是常用的幾種高壓容器密封結構。為使密封元件與筒體、端蓋接觸的密封面上達到一定的比壓力，隨著操作壓力的增大，同一密封元件所需密封比壓力也要增大。密封按施加密封力的原理分為兩類。
（1）強制式密封：完全依靠緊韌體通過聯接件對密封元件施加密封壓力，以達到密封目的。這種密封是在容器未升壓前即對密封元件施加很大的預緊力，其聯接件與緊韌體的尺寸較大。
（2）自緊式密封：主要依靠容器內介質的壓力壓緊密封元件，以達到密封目的。自緊式密封所需要的預緊力小，隨著容器的操作壓力增高，密封比壓力也不斷增大，表現出優良的密封效能。在10兆帕以下工作的壓力容器一般採用強制式密封，在更高壓力下工作的壓力容器大多采用自緊式或半自緊式密封。
設計
壓力容器的設計通常包括：分析壓力容器的使用要求和操作條件，確定合理的結構形式；選擇合適的材料，規定製造工藝和質量要求；按容器可能發生的失效破壞形式，確定最佳結構尺寸，使容器各部位均能滿足所需的強度、剛度或不致引起斷裂等要求。
在各國制定的規範中，大多數仍將容器壁簡化成為均勻受力的薄膜進行處理，以薄膜應力來描述整個容器的應力水平。就圓柱形容器來說，若內部承受的壓力為p，平均直徑為d，筒壁厚度為δ，則沿切向的薄膜應力
。規範要求的應力
t應小於規定的許用應力。然而，容器各部位的實際應力狀態是很複雜的，如容器開孔邊緣的最大應力可達薄膜應力的2倍以上，但在設計容器時，因採用了較大的安全係數，整個容器的應力水平仍在安全範圍之內。為了避免容器發生脆性破壞，設計中除對材料要求具有足夠的強度(屈服點和抗拉強度)外，還要考慮衝擊值等要求。
在實際使用中，壓力容器的破壞大多是由於腐蝕、疲勞、輻照和容器器壁中存在過大的缺陷等原因造成的。因此，按常規的強度設計有時還不夠嚴密，還應區別不同情況進行特殊設計。如對高溫壓力容器必須按持久強度進行計算，因為在這種情況下溫度對材料的效能有重大的影響。對於操作壓力或溫度頻繁變動的壓力容器，壓力或溫度的反覆升降還可能引起疲勞失效，對這類壓力容器應當進行疲勞強度設計。在存在缺陷的情況下，還應根據疲勞裂紋擴充套件理論對容器的使用壽命作出估算。對安全性要求極高的核電站的反應堆壓力容器，必須用有限元法和其他方法對容器各部位的應力進行較為精確的計算，並從許用應力、極限承載能力、安全條件和疲勞壽命等方面加以限制。此外，在設計中還須考慮介質引起的腐蝕、中子輻照引起的材料脆化、地震和失水事故等引起的動載荷等危及容器安全的因素。為了防止反應堆壓力容器因存在過大的缺陷而破壞，在核壓力容器規範中已開始採用斷裂力學判據，按容器中允許的缺陷採用安全係數來控制許用應力，目的在於籠統地估計許多難以確定的因素。若把各種與設計有關的引數按隨機變數作統計處理，尋求其分佈規律，便可定量地求出壓力容器在執行中的失效概率，即可對壓力容器進行可靠性設計。
選材
很多壓力容器造成事故的重要原因之一是選用材料不當。例如，採用焊接性差的鋼材焊制壓力容器，容易在焊接接頭中產生裂縫，一些危險的裂縫會在使用中導致事故。有些鎳鉻不鏽鋼的壓力容器，常因鋼號或成分選用不當，在使用中發生晶間腐蝕、應力腐蝕等形式的破壞。選用鐵素體鋼製造低溫壓力容器時，如鋼的轉變溫度高於容器的工作溫度，則容器工作時容易發生脆性破壞。選材應滿足壓力容器操作條件要求，具有良好的加工工藝性，符合有關設計和材料標準的規定，並且經濟上合理。大多數壓力容器由鋼製成，也有的壓力容器選用鋁、鈦等有色金屬和玻璃鋼、預應力混凝土等非金屬材料製造。
用於製造壓力容器的金屬材料經過製造時的焊接和熱處理等工藝後，往往因金相組織變化等原因降低材料的效能。例如，有些牌號的鎳鉻不鏽鋼經焊接後抗晶間腐蝕效能顯著惡化；某些合金鋼經焊接後焊縫或熱影響區的韌性會顯著降低。因此，選材時必須考慮材料經過製造加工後效能仍能滿足操作條件的要求。鋼中的微量雜質元素(例如，氫、氧、硫、磷、銅、銻、錫和砷等)會降低壓力容器用鋼的可焊性、韌性、抗輻照脆化性和耐蝕性。因此，在選擇壓力容器用鋼時不僅選擇鋼號，有時還選擇冶煉方法，提出對鋼中某些雜質元素的限制。
選材不僅要考慮機械強度的要求，也需要考慮其耐蝕性。介質的成分、溫度和壓力等操作條件，往往對材料的耐蝕性有很大的影響。為了正確選用材料，必須瞭解準確的操作條件和材料在此條件下發生腐蝕破壞的形式。
質量檢驗
為保證壓力容器的安全使用，在製造時必須按照有關標準、規範對壓力容器的原材料和加工製造過程進行嚴格的質量檢驗。壓力容器在執行中，小的缺陷因腐蝕或疲勞等原因有可能擴充套件成為大缺陷，或出現新的缺陷。因此，對投入執行的壓力容器也需要進行定期檢驗。壓力容器的檢驗內容主要有：對材料的化學成分和力學效能的常規理化檢驗；對焊接接頭的各種效能檢驗；對壓力容器各部分存在的各類缺陷的無損檢測；用高於操作壓力的液體對容器進行耐壓試驗。
質量檢驗在壓力容器製造過程中佔重要的地位。在有些反應堆壓力容器的生產週期中一半時間用於質量檢驗。