概述承壓裝置製造是國民經濟的基礎產業，各種生產工藝的要求各不盡相同，如：壓力從真空到高壓甚至超高壓、溫度從低溫到高溫以及腐蝕性、易燃、易爆物料等，使得裝置處在極其複雜的操作條件下執行。由於不同的生產條件對裝置材料有不同的要求，因此，合理的選用材料是設計承壓裝置的關鍵環節。
例如：對於高溫容器，由於鋼材在高溫的長期作用下，材料的力學效能和金屬組織都會發生明顯的變化，加之承受一定的工作壓力 ，因此在選材時必須考慮到材料的強度及高溫條件下組織的穩定性。
容器內部盛裝的介質大多具有一定的腐蝕性，因此需要考慮材料的耐腐蝕情況。
對於頻繁開、停車的裝置或可能受到衝擊載荷作用的裝置，還要考慮材料的疲勞等。
而低溫條件下操作的裝置，則需要考慮材料低溫下的脆性斷裂問題。
一、金屬材料的分類
二、金屬材料的效能
三、影響材料效能的因素
四、特種裝置對材料的要求
五、特種裝置常用材料標準
一、金屬材料分類
黑色金屬：鐵和鐵的合金均稱為黑色金屬
純鐵：化學純鐵含碳量幾乎為零，工業純鐵含碳量<0.05%。純鐵是很軟的，一般不應用到實際中 。
鐵碳合金：以鐵為基礎，以碳為主要新增元素的合金，統稱為鐵碳合金。
生鐵：把鐵礦石放到高爐中冶煉而成的，含碳量2％～4.3％（也有資料稱3.
5%—5.5%、2.11%-6.
67%）的鐵碳合金稱為生鐵。生鐵質硬而脆，缺乏韌性，幾乎沒有塑性變形能力，因此不能通過鍛造、軋制、拉拔等方法加工成形，主要用來煉鋼和製造鑄件，如白口鐵、灰口鐵和球墨鑄鐵。也有習慣上把煉鋼生鐵叫做生鐵，把鑄造生鐵簡稱為鑄鐵。
鋼：含碳量在0.04%-2.
3%之間（也有資料稱0.03%-1.2%）的鐵碳合金稱為鋼。
為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有矽、錳、硫、磷等 。
有色金屬：除黑色金屬外的金屬和合金，如銅、錫、鉛、鋅、鋁等 。
金屬材料分類（鋼材）
1、按化學成分分類：
①碳素鋼：簡稱碳鋼。除鐵、碳外主要含有少量si、mn及p、s等雜質，這些總含量不超過2%，按含碳量不同分為：
低碳鋼——含碳量小於0.25%
中碳鋼——含碳量等於0.25%～0.6%
高碳鋼——含碳量大於0.6%
②合金鋼：除碳鋼所含元素外，還含有其它一些合金元素：如cr、ni、mo、w、v、b等，按合金元素含量不同分類：
低合金鋼——合金元素含量小於5%
中合金鋼——合金元素含量等於5%～10%
高合金鋼——合金元素含量大於10%
金屬材料分類（鋼材）
2、按用途分類：
①建築工程用鋼或構件用鋼
①普通碳素結構鋼
②低合金結構鋼
③鋼筋用鋼等
②結構鋼
機器零件用鋼
調質結構鋼
表面硬化結構鋼：包括滲碳鋼、滲氨鋼、表面淬火用鋼
易切削結構鋼
冷塑性成形用鋼：包括冷衝壓用鋼、冷鐓用鋼。
彈簧鋼軸承鋼
③工具鋼——刃具鋼、模具鋼、量具鋼
①碳素工具鋼
②合金工具鋼
③高速工具鋼。
④特殊用途用鋼——不鏽耐酸鋼、耐熱鋼、低溫用剛、耐候鋼、磁鋼等
⑤專業用鋼——如橋梁用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農機用鋼等。
金屬材料分類（鋼材）
3、按冶煉中的脫氧方式分類：
①沸騰鋼 f
②鎮靜鋼 z
③半鎮靜鋼 b
④特殊鎮靜鋼 tz
金屬材料分類（鋼材）
4、按金相組織分類
①按退火狀態的
亞共析（鐵素體+珠光體）
共析（珠光體）
過共析和萊氏體鋼（珠光體+滲碳體）
②按正火狀態的
珠光體鋼
貝氏體鋼
馬氏體鋼
奧氏體鋼
③按加熱冷卻時有無發生相變的
鐵素體鋼、奧氏體鋼、雙相鋼等
金屬材料分類（鋼材）
5、按品質分類：p、s雜質含量分類：
①普通鋼
p含量≤0.045%，s含量≤0.055%
②優質鋼
p含量≤ 0.040%，s含量≤0.040%
③高階優質鋼—a
p含量≤0.035%，s含量≤0.030%
④特級優質鋼—e
新容規tsgr0004第2.3條規定：
用於焊接的碳素鋼和低合金鋼，p ≤0.035%，s ≤0.035%
壓力容器專用鋼，基本要求：p ≤0.030%，s ≤0.020%；
抗拉強度下限值大於540mpa，p ≤0.025%，s ≤0.015%；
設計溫度低於-20℃，抗拉強度下限值小於540mpa， p ≤0.025%，s ≤0.012%；
設計溫度低於-20℃，抗拉強度下限值大於540mpa， p ≤0.020%，s ≤0.010%。
二、金屬材料效能
為更合理使用金屬材料，充分發揮其作用，必須掌握各種金屬材料製成的零、構件在正常工作情況下應具備的效能。金屬材料的效能一般包括使用效能和加工工藝效能兩個方面
使用效能：是指金屬材料在使用條件下所表現的效能，它包括材料的物理、化學和力學等效能。
物理效能
化學效能
力學效能
工藝效能：是指材料承受各種冷、熱加工的能力。
冷、熱加工效能
金屬材料效能—使用效能
物理效能
金屬材料在固態下所表現出來得一系列物理現象叫金屬的物理效能，如密度、比重、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性、磁性和耐磨性等。
化學效能
材料在常溫或高溫條件下,抵抗氧化或腐蝕介質對其化學侵蝕的能力，一般包括耐腐蝕性，抗氧化性等。
耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質侵蝕的能力
金屬和合金對周圍介質，如大氣、水汽、各種電解液侵蝕的抵抗能力叫做耐腐蝕性。化工生產中所涉及的物料，常會有腐蝕性。材料的耐蝕性不強，必將影響裝置使用壽命，有時還會影響產品質量。
抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產生氧化皮能力
在化工生產中，有很多裝置和機械是在高溫下操作的，如氨合成塔、硝酸氧化爐、石油氣製氫轉化爐、工業鍋爐、汽輪機等。在高溫下，鋼鐵不僅與自由氧發生氧化腐蝕，使鋼鐵表面形成結構疏鬆容易剝落的feo氧化皮；還會與水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫等氣體產生高溫氧化與脫碳作用，使鋼的力學效能下降，特別是降低了材料的表面硬度和抗疲勞強度。因此，高溫裝置必須選用耐熱材料。
力學效能
材料在不同環境（溫度、介質、濕度）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、衝擊、交變應力等）時所表現出的力學特徵。
金屬材料效能—使用效能——力學效能
1、強度——金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。常用的強度判據如屈服強度、抗拉強度。
①屈服強度——當金屬材料呈屈服現象時，在試驗期間達到塑性變形發生而力不增加的應力點。
上屈服強度reh：屈服前的第乙個峰值力
下屈服強度rel：除第乙個谷值力之外，其它最小的谷值力
規定非比例延伸強度rp
②抗拉強度——試樣在屈服階段之後所能抵抗最大應力。rm
指金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力。強度是機械零件（或工程構件）在設計、加工、使用過程中的主要效能指標，特別是選材和設計的主要依據。強度的測定——拉伸實驗。
金屬材料效能—使用效能——力學效能
2、塑性——斷裂前材料發生不可逆永久變形能力。常用的塑性判據是伸長率a和斷面收縮率z。
①伸長率——原始標距的伸長（lu-lo）與原始標距（lo）之比的百分率。
斷後伸長率：a=（lu-lo）/lo， lu-lo斷後標距的殘餘伸長。
②斷面收縮率——斷裂後試樣橫斷面積的最大縮減量（so-su）與原始橫截面積（so）之比的百分率。
3、冷彎效能——用於衡量材料在室溫時的塑性。
是焊接接頭常用的一種工藝效能試驗方法，它不僅可以考核焊接接頭的塑性，還可以檢查受拉麵的缺陷，分面彎、背彎、側彎三種。
金屬材料效能—使用效能——力學效能
4、韌性——材料在斷裂前吸收能量和進行塑性變形的能力。
金屬的韌性通常隨載入速度提高、溫度降低、應力集中程度加劇而減小。
衝擊韌度(衝擊值)——衝擊試樣缺口底部單位橫截面積上的衝擊吸收功。
反映金屬材料對外來衝擊負荷的抵抗能力，一般由衝擊韌性值（ak）和衝擊功（ak）表示，其單位分別為j/cm2和j（焦耳）。
衝擊韌性或衝擊功試驗（簡稱「衝擊試驗」），因試驗溫度不同而分為常溫、低溫等；按試樣缺口形狀分為"v"形缺口和"u"形缺口衝擊試驗兩種。
衝擊韌度指標的實際意義在於揭示材料的變脆傾向。
金屬材料效能—使用效能——力學效能
5、硬度——材料區域性抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。是比較各種材料軟硬的指標。
由於規定了不同的測試方法，所以有不同的硬度標準。各種硬度標準的力學含義不同，相互不能直接換算，但可通過試驗加以對比。
常用硬度按其範圍測定分：布氏硬度（hbw）、洛氏硬度（hra～ h、k等標尺）、維氏硬度（hv）等。
硬度試驗是機械效能試驗中最簡單易行的一種試驗方法。一般硬度越高，耐磨性越好。
金屬材料效能—使用效能——力學效能
6、蠕變——在高溫和低於屈服強度的應力作用下，材料塑性變形量隨時間延續而增加的現象 。
與塑性變形不同，塑性變形通常在應力超過彈性極限之後才出現，而蠕變只要應力的作用時間相當長，它在應力小於彈性極限時也能出現。
①蠕變極限——在規定溫度下，引起試樣在一定時間內蠕動總伸長率或恆定蠕變速率不超過規定值的最大應力。
蠕變在低溫下也會發生，但只有達到一定的溫度才能變得顯著,稱溫度為蠕變溫度。對各種金屬材料的蠕變溫度約為0.3tm，tm為熔化溫度，以熱力學溫度表示。
通常碳素鋼超過300-350攝氏度，合金鋼在400-450攝氏度以上時才有蠕變行為
②持久強度——在規定溫度及恆定力作用下，試樣至斷裂的持續時間的強度。
金屬材料、機械零件和構件抗高溫斷裂的能力，常以持久極限表示。試樣在一定溫度和規定的持續時間下，引起斷裂的應力稱持久極限。金屬材料的持久極限根據高溫持久試驗來測定。
飛機發動機和機組的設計壽命一般是數百至數千小時，材料的持久極限可以直接用相同時間的試驗確定。在鍋爐、燃氣輪機和其他透平機械製造中，機組的設計壽命一般為數萬小時以上，它們的持久極限可用短時間的試驗資料直線外推以得到數萬小時以上的持久極限。經驗表明，蠕變速度小的零件，達到持久極限的時間較長。
鍋爐管道對蠕變要求不嚴，但必須保證使用時不破壞，需要用持久強度作為設計的主要依據。持久強度設計的判據是：工作應力小於或等於其許用應力，而許用應力等於持久極限除以相應的安全係數。
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