[教育]壓力容器設(shè)計-壓力容器材料及環(huán)境

1、第3章 壓力容器材料及環(huán)境 和時間對其性能的影響,1、材料是制造壓力容器的基礎(chǔ)，正確選用壓力容器材料 是保證壓力容器長期安全運行的基本條件。,2、壓力容器的應(yīng)力分析可以為選材提供最基本的依據(jù)和要求，同時，選擇材料時還應(yīng)考慮容器工作時的環(huán)境、介質(zhì)及其它具體條件的要求。,3、不同的材料具有不同的化學(xué)成分、力學(xué)性能和使用條件，選擇材料最基本的要求是能夠保證壓力容器安全工作，同時做到經(jīng)濟、適用。,,本章主要內(nèi)容,●　

2、壓力容器常用材料 ●　加工工藝和環(huán)境對材料性能的影響,●　壓力容器選材的基本原則,鋼材類型,（1）鋼板應(yīng)具有良好的強度、塑性、韌性、焊接、熱處理性能等，以滿足切削、彎卷、焊接、熱處理等過程的要求。,§3-1 壓力容器材料,（3）鋼板必須按規(guī)定的限制條件使用，如設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、厚度、介質(zhì)限制、冶煉方法等。,（4）制造壓力容器的鋼板必須有符合相應(yīng)國家標準或行業(yè)標準規(guī)定的、內(nèi)容齊全的質(zhì)量證明書。,（2）必須用規(guī)定的鋼板制

3、造壓力容器規(guī)定允許用于制造壓力容器的鋼板有兩類：①壓力容器專用鋼板，如16MnR、20R等②可用于制造壓力容器的非容器專用鋼板，如普通碳素鋼中的Q235-A、Q235-B，優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的10、15、20、35、45、20g等。,,《壓力容器用鋼板》,,《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》,,2、 鋼管,用于過程設(shè)備較高壓力的流體輸送，材料通常為10、20號鋼。,l根據(jù)用途和材質(zhì)，有多個無縫鋼管標準，對所使用的無縫鋼管，應(yīng)

4、注明屬于哪個標準。過程設(shè)備常用無縫鋼管標準： GB8163-87《輸送流體用無縫鋼管》 GB9948-88《石油裂化用無縫鋼管》 GB6479-86《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》 l鋼管使用時要用法蘭、管件、閥門等連接，相連接的兩個構(gòu)件必須具有相同的公稱直徑（DN）。 eg：DN200的鋼管和法蘭連接，鋼管外徑φ219，法蘭內(nèi)直徑φ220。,（2）焊接鋼管 輸送水、煤氣、空氣、取暖蒸汽等較低壓力

5、的流體（p<0.6Mpa）,材料可用Q235制造。,3、 鍛件,（1）根據(jù)鍛件檢驗項目和數(shù)量的不同，鍛件分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個級別。,（2）需焊接的碳鋼鍛件，材料用20號鋼，不需焊接的碳鋼鍛件，材料用35或45號鋼。,（3）壓力容器上使用的鍛件不得低于Ⅱ級，若鍛件截面尺寸大于300mm，或容器盛裝高度或極度危害介質(zhì)，且鍛件截面尺寸達50mm時，級別不得低于Ⅲ級。,,4、 圓鋼、型鋼,●用于制作支承件、加強圈等，圓鋼還可用于制作小尺

6、寸的緊固件?！駡A鋼材料為Q235-A、20、35號鋼等，型鋼材料多為Q235-A。,,,鋼材類型,按化學(xué)成分，壓力容器用鋼分為三類：1、碳素鋼（C%＜2.06%）,● 普通碳素鋼的Q235系列鋼板和優(yōu)質(zhì)碳素鋼均可用于制作壓力容器,,,2、低合金鋼,在優(yōu)質(zhì)碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入一種或多種合金元素（合金元素總含量在3%以下），以提高鋼的強度和改善綜合性能。 低合金鋼是目前制造壓力容器的主要鋼材，其強度、韌性、耐腐蝕性等均優(yōu)于相

7、同含碳量的碳素鋼，能夠減輕裝備的重量，可節(jié)省鋼材1/3—2/3。,GB150—1998《鋼制壓力容器》推薦適用的低合金鋼板有：16MnR、15MnVR、15MnVNR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR。,其中16MnR是σs340Mpa級的普通低合金高強度鋼，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性，是中國壓力容器專用鋼板中用量最大的鋼種。,,,3、高合金鋼（合金元素總含量大于10%）,主要有

8、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳鉬鋼等，如0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti等，主要用于耐腐蝕和耐高溫等特殊場合，如不銹鋼、耐熱鋼等。,*不銹鋼中的主要元素是Cr、Ni、Mo、Ti，其中Cr、Ni含量較高。 *不銹鋼的耐蝕性主要來源于Cr，實驗證明，只有當Cr的含量大于12%時鋼的耐蝕性才會大幅度地提高，所以不銹鋼中Cr的含量均不低于12%。 Ni可以擴大不銹鋼的耐蝕范圍，特別是提高抗堿腐蝕的能力。 Mo能提高不銹鋼抗氯

9、離子腐蝕的能力，并提高鋼的耐熱強度。 Ti是為防止焊接用不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕而加入的元素。,,,復(fù)合鋼板及其應(yīng)用,復(fù)合鋼板,基層—碳素鋼或低合金鋼,復(fù)層—不銹鋼或有色金屬等,有色金屬和非金屬,,非金屬材料的優(yōu)點：資源豐富、耐蝕性好、品種多、價格便宜。缺點：機械強度較低，耐熱性不好，對溫度波動比較敏感。,非金屬材料通常用于承壓不高的結(jié)構(gòu)材料、金屬保護村里或涂層、密封材料、保溫材料、耐火材料等。,,,§3-2 制造工藝對鋼材性

10、能的影響,,一、塑性變形,1、冷、熱加工,2、應(yīng)變硬化（加工硬化）,3、各向異性,4、應(yīng)變時效,,二、焊接對鋼材性能的影響,雜質(zhì)偏析在焊縫區(qū)形成焊接熱裂紋,2、焊接應(yīng)力與變形,3、減小焊接應(yīng)力與變形的措施① 合理的焊接接頭設(shè)計 焊接接頭形式、焊接坡口設(shè)計、焊縫的間距和位置布置等 ② 焊接方法和焊接工藝③ 焊前預(yù)熱和焊后熱處理,三、熱處理對鋼材性能的影響,1、消除殘余應(yīng)力,2、改善組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能,,《工程材料

11、》,,§3-3 環(huán)境對壓力容器用鋼性能的影響,溫度,材料的低溫脆化,一、溫度,高溫下鋼的特點,蠕變溫度碳素鋼：420°C低合金鋼：400~500 °C,蠕變結(jié)果 蠕變脆化、應(yīng)力松弛 蠕變變形、蠕變斷裂,—蠕變,,高溫下材料性能的劣化,珠光體球化,石墨化,氫腐蝕和氫脆,回火脆化,* 不能采用平均腐蝕速率來評價材料耐局部腐蝕的能力，應(yīng)采用防腐材料及相應(yīng)的防護措施。,,1、腐蝕的類型（按腐蝕機理）① 全

12、面腐蝕 ② 局部腐蝕 ● 晶間腐蝕 ● 小孔腐蝕 ● 縫隙腐蝕③ 應(yīng)力腐蝕,二、介質(zhì),,§3-4 壓力容器材料選擇,一、壓力容器用鋼的基本要求,1、化學(xué)成分（C、P、S等）,2、力學(xué)性能（強度、剛度、塑性、韌性等）,3、制造工藝性能（機加工性能、壓力加工性能、焊接性能、鑄造性能、 熱處理性能等）,二、壓力容器鋼材的選擇原則 1、材料的使用性能①分析構(gòu)

13、件的工作條件（P、t、介質(zhì)等），確定構(gòu)件應(yīng)具有的使用性能（強度、剛度、塑性、韌性等） 。②通過失效分析，確定構(gòu)件的主要使用性能。③從構(gòu)件主要使用性能要求出發(fā)，提出對材料使用性能的要求。 2、材料的加工工藝性能 3、材料的經(jīng)濟性 4、材料的選擇應(yīng)符合規(guī)范標準的要求,又稱紫銅，具有較高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和良好的塑性。,純銅,特點,低溫下能保持較高的塑性和沖擊韌性，是制造深冷設(shè)備的良好材料。,耐蝕性,① 在沒有氧存在的情況

14、下，在許多非氧化性酸中比較耐腐蝕。② 在氨和銨鹽溶液中，當有氧存在時，由于生成可溶性的絡(luò)離子，故不耐蝕。所以在氨生產(chǎn)中使用的儀表、泵、閥門等均不能用銅制造。③ 銅在大氣、水、中性鹽及苛性堿中均相當穩(wěn)定，但在氯、溴、二氧化硫、硫化氫等氣體及潮濕大氣中將會受到腐蝕。,,,,① 密度小、強度高。② 工作溫度范圍寬，可在-196-350℃范圍內(nèi)使用。③ 鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬，在氧化性和中性介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐蝕性，特別是鈦不發(fā)生晶間