壓力容器材料

1、壓力容器材料3.1.1 壓力容器常用鋼材一、鋼材形狀鋼材的形狀包括板、管、棒、鍛件、鑄件等。壓力容器用鋼主要是板、管材和鍛件殼體、封頭、板狀構(gòu)件等下料、卷板、焊接、熱處理較高的強(qiáng)度、良好的塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能（1）鋼板主要用途加工要求性能要求接管、換熱管等無縫鋼管、卷制下料、焊接、熱處理較高的強(qiáng)度、塑性和良好的焊接性能（2）鋼管主要用途主要來源加工要求性能要求（3）鍛件高壓容器的平蓋、端部法蘭與接管法蘭等主要用途分 級、四個(gè)級別。級別越高， 要求檢驗(yàn)項(xiàng)目越多，越嚴(yán)格，價(jià)格越高。壓力容器常用有色金屬：銅及其合金鋁及其合金鎳和鎳合金鈦和鈦合金3.1.2 有色金屬在退火狀態(tài)下塑性好，綜合指

2、標(biāo)均衡且性能穩(wěn)定，一般都在退火狀態(tài)下使用。選用時(shí)應(yīng)注意選擇同類有色金屬中的合適牌號。我國固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中的有色金屬主要有以下幾種。純銅和黃銅的設(shè)計(jì)溫度不高于200。純銅的導(dǎo)熱率是壓力容器用各種金屬材料中最高的。在沒有氧存在的情況下，銅在許多非氧化性酸中都是比較耐腐蝕的。但銅最有價(jià)值的性能是在低溫下保持較高的塑性及沖擊韌性，是制造深冷設(shè)備的良好材料。1、銅及其合金特性：深冷就是指-100以下的溫度，實(shí)質(zhì)上就是氣體液化技術(shù)。特性：鋁很輕（密度約為鋼的三分之一），耐濃硝酸、 醋酸、碳酸、氫銨、尿素等，不耐堿；在低溫下具有良好的塑性和韌性；有良好的成型和焊接性能。應(yīng)用：可用來制作壓力較

3、低的貯罐、塔、熱交換器，防止污染產(chǎn)品的設(shè)備及深冷設(shè)備 含鎂量大于或者等于3%的鋁合金（如5083/5086），其設(shè)計(jì)溫度范圍為-26965；其它牌號的鋁和鋁合金，其設(shè)計(jì)溫度范圍為-269200。設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不大于16MPa。2、鋁及其合金3、鎳和鎳合金特性：應(yīng)用：在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中比不銹鋼有更好的耐腐蝕性，比耐熱鋼有更好的抗高溫強(qiáng)度，設(shè)計(jì)溫度范圍為-268900。由于價(jià)格高，一般只用于制造特殊要求的壓力容器。鎳及其合金用于特殊用途的零部件、儀器制造、機(jī)器制造，火箭技術(shù)裝備中，原子反應(yīng)堆，用于生產(chǎn)堿性蓄電池，多孔過濾器，催化劑，以及零部件與半制品的防蝕電鍍層等,鎳被視為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要戰(zhàn)略物質(zhì)特性：

4、應(yīng)用：對中性、氧化性、弱還原性介質(zhì)耐腐蝕， 如濕氯氣、氯化鈉和次氯酸鹽等氯化物溶液；具有密度?。?4510kg/m3）、強(qiáng)度高（相當(dāng)于 Q245R）、 低溫性能好、粘附力小等優(yōu)點(diǎn)；但單位質(zhì)量價(jià)格高，比一般鋼材高20倍左右；設(shè)計(jì)溫度不高于315。在介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、壽命長的設(shè)備中應(yīng)用，可獲得較好的綜合經(jīng)濟(jì)效果。4、鈦及鈦合金壓力容器用鋼的基本要求較高的強(qiáng)度良好的塑性、韌性、制造性能和與介質(zhì)相容性改善鋼材性能的途徑化學(xué)成分的設(shè)計(jì)組織結(jié)構(gòu)的改變零件表面改性一、化學(xué)成分鋼材化學(xué)成分對其性能和熱處理有較大的影響。1、碳碳含量強(qiáng)度增加可焊性變差焊接時(shí)易在熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋2、釩、鈦、鈮等3.4 壓力容器材料選擇

5、在鋼中加入釩、鈦、鈮等元素，可提高鋼的強(qiáng)度和韌性。3.4.1 壓力容器用鋼的基本要求3、S、P是鋼中最主要的有害元素硫能促進(jìn)非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低。磷能提高鋼的強(qiáng)度，但會增加鋼的脆性，特別是低溫脆性。將硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高鋼材的純凈度因此，與一般結(jié)構(gòu)鋼相比，壓力容器用鋼對硫、磷、氫等有害雜質(zhì)元素含量的控制更加嚴(yán)格。例如，中國壓力容器用鋼的硫和磷含量分別應(yīng)低于0.020%和0.030%。隨著冶煉水平的提高，目前已可將硫的含量控制在0.002%以內(nèi)?？商岣咪摬牡捻g性、抗應(yīng)變時(shí)效性能、抗回火脆化性能、抗中子輻照脆化能力和耐腐蝕性能。所以，化學(xué)成分對熱處理也有決

6、定性的影響，如果對成分控制不嚴(yán)，就達(dá)不到預(yù)期的熱處理效果。二、力學(xué)性能材料的力學(xué)行為由于載荷（如載荷種類、作用方式等）和應(yīng)力狀態(tài)的不同，以及鋼材在受力狀態(tài)下它所處的工作環(huán)境的不同，鋼材受力后所表現(xiàn)出的不同行為，稱為材料的力學(xué)行為。鋼材的力學(xué)行為，不僅與鋼材的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與材料所處的應(yīng)力狀態(tài)和環(huán)境有密切的關(guān)系。力學(xué)性能決定力學(xué)行為臨界裂紋尺寸的大小主要取決于鋼的韌性。如果鋼的韌性高，壓力容器所允許的臨界裂紋尺寸就越大，安全性也越高。為防止發(fā)生脆性斷裂和裂紋快速擴(kuò)展，壓力容器常選用韌性好的鋼材。臨界裂紋尺寸：在載荷的作用下，壓力容器中的 缺陷常會發(fā)生擴(kuò)展，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到某一 臨界尺寸

7、時(shí)將會引起斷裂事故。三、制造工藝性能制造過程中進(jìn)行冷卷、冷沖壓加工的零部件要求鋼材有良好的冷加工成型性能和塑性。冷加工的要求焊接的要求壓力容器各零件間主要采用焊接連接，良好的可焊性是極其重要的指標(biāo)。碳其中影響最大的是含碳量。含碳量愈低，愈不易產(chǎn)生 裂紋，可焊性愈好。壓力容器零件材料選擇綜合考慮壓力容器的使用條件材料性能材料使用經(jīng)驗(yàn)（歷史）綜合經(jīng)濟(jì)性 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)相容性壓力容器鋼材的選擇一一. .壓力容器的使用條件壓力容器的使用條件 使用條件包括設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)，材料選擇主要由使用條件決定。例如，溫度 容器使用溫度低于0時(shí)，不得選用Q235系列鋼板；對于高溫、高壓、臨氫壓力容器

8、，材料必須滿足高溫下的熱強(qiáng)性(蠕變極限、持久極限)、抗高溫氧化性能、抗氫腐蝕及氫脆性能，應(yīng)選用抗氫鋼，如15CrMoR。用碳素鋼或珠光體耐熱鋼作為抗氫鋼時(shí)，應(yīng)按Nelson設(shè)計(jì)曲線選用。 壓力 對于壓力很高的容器，常選用高或超高強(qiáng)度鋼。由于鋼的韌性往往隨著強(qiáng)度的提高而降低，此時(shí)應(yīng)特別注意強(qiáng)度和韌性的匹配，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，盡量采用塑性和韌性好的材料。這是因?yàn)樗苄?、韌性好的高強(qiáng)度鋼，能降低脆性破壞的概率。在承受交變載荷時(shí)，可將失效形式改變?yōu)槲幢嚷岣哌\(yùn)行安全性。 二二. .相容性相容性 相容性是指材料與其相接觸的介質(zhì)或其它材料相容。對于腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)選用耐腐蝕材料材料與介質(zhì)相容材料與材

9、料相容需要焊接連接的材料，焊接性、效果要匹配三三. .零件的功能和制造工藝零件的功能和制造工藝 明確零件的功能和制造工藝，據(jù)此提出相應(yīng)的材料性能要求，如強(qiáng)度、耐腐蝕性等。例如，筒體和封頭的功能主要是形成所需要的承壓空間，屬于受壓元件，且與介質(zhì)直接接觸，對于介質(zhì)腐蝕性很強(qiáng)的中、低壓壓力容器，它們應(yīng)選用耐腐蝕的壓力容器專用鋼板；而支座的主要功能是支承容器并將其固定在基礎(chǔ)上，屬于非受壓元件，且不與介質(zhì)接觸，除墊板外，可選用一般結(jié)構(gòu)鋼，如普通碳素鋼。 選材時(shí)還應(yīng)考慮制造工藝的影響。例如，主要用于強(qiáng)腐蝕場合的搪玻璃壓力容器，其耐腐蝕性能主要靠搪玻璃層來保證，由于含碳量超過0.19時(shí)玻璃層不易搪牢，且沸騰

10、鋼的搪玻璃效果比鎮(zhèn)靜鋼好，可選用沸騰鋼(如 Q235 AF)。 對成功的材料使用實(shí)例，應(yīng)搞清楚所用材料化學(xué)成分(特別是硫和磷等有害元素)的控制要求、載荷作用下的應(yīng)力水平和狀態(tài)、操作規(guī)程和最長使用時(shí)間。因?yàn)檫@些因素，會影響材料的性能。即使使用相同鋼號的材料，由于上述因素的改變，也會使材料具有不同的力學(xué)行為。對不成功的材料使用實(shí)例，應(yīng)查閱有關(guān)的失效分析報(bào)告，根據(jù)失效原因，采取有針對性的措施。 四四. .材料的使用經(jīng)驗(yàn)材料的使用經(jīng)驗(yàn)( (歷史歷史) ) 五五. .綜合經(jīng)濟(jì)性綜合經(jīng)濟(jì)性 影響材料價(jià)格的因素主要有冶煉要求(如化學(xué)成分、檢驗(yàn)項(xiàng)目和要求等)、尺寸要求(厚度及其偏差、長度等)和可獲得性等。 一般情況下，相同規(guī)格的碳素鋼