壓力容器材料和環(huán)境和時(shí)間對(duì)其基本的性能的影響

1、1壓力容器材料和環(huán)境和時(shí)間對(duì)其基本的性能的影響MATERIALS FOR PRESSURE VESSELS AND INFLUENCES OF ENVIRORMENT AND TIME ON PROPERTIES OF THESE MATERIALS2壓力容器設(shè)計(jì)正確的應(yīng)力分析和強(qiáng)度計(jì)算合理的材料選擇時(shí)間效應(yīng)、環(huán)境作用（充分考慮）32.1 壓力容器材料2.1.1 壓力容器常用鋼材2.1.2 有色金屬和非金屬2.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響2.2.1 塑性變形2.2.2 焊接本章主要內(nèi)容2.2.3 熱處理42.4 壓力容器材料選擇2.4.1 壓力容器用鋼的基本要求2.4.2 壓力容器鋼材

2、的選擇2.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響2.3.1 溫度2.3.2 介質(zhì)2.3.3 加載速率5 壓力容器材料2.1.1 壓力容器常用鋼材2.1.2 有色金屬和非金屬62.1.1 壓力容器常用鋼材一、鋼材形狀主要是板、管材和鍛件(按鋼材供應(yīng)形式)（1）鋼板殼體、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主要用途：加工要求:性能要求：7（2）鋼管接管、換熱管等無(wú)縫鋼管、卷制下料、焊接、熱處理較高的強(qiáng)度、良好的塑性、韌性、焊接性能主要用途：主要來(lái)源：加工要求:性能要求：8（3）鍛件高壓容器的平蓋、端部法蘭與接管法蘭等 、四個(gè)級(jí)別。級(jí)別越高， 要求檢驗(yàn)項(xiàng)

3、目越多，越嚴(yán)格，價(jià)格越高。主要用途：分 級(jí)：9二、鋼材類(lèi)型（按冶金方法分類(lèi)）（按爐別）（按脫氧程度）平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼沸騰鋼如Q235-AF鎮(zhèn)靜鋼如Q235-A(Z)半鎮(zhèn)靜鋼如Q235-Ab10（按用途分類(lèi)）結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼專(zhuān)用鋼（按品質(zhì)分類(lèi)）普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼如Q235-A如20,20R11碳素鋼低合金鋼高合金鋼（按化學(xué)成分分類(lèi)）C0.25%工業(yè)純鐵低碳鋼中碳鋼高碳鋼0.25%C0.6%C0.6%含合金總量3%高 碳C0.08%低 碳C0.08%超低碳C0.03%超 純C0.01%121、碳素鋼含碳量小于的鐵碳合金。以及含少量的硫、磷、硅、氧、氮等元素。壓力容器用鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼壓力容器專(zhuān)用鋼板

4、Q235-B, Q235-C 10、20鋼鋼管； 20、35鋼鍛件。20R （R表示壓力容器專(zhuān)用鋼板）20R的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合：強(qiáng)度低，塑性和可焊性較好,價(jià)格低廉；常用于常壓或中、低壓容器；也做墊板、支座等零部件材料。1320R是在20鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,是容器專(zhuān)用鋼 ;對(duì)s、p等有害元素控制更加嚴(yán)格; 對(duì)鋼材的表面質(zhì)量和內(nèi)部缺陷的要求也更高; 比20鋼多了沖擊韌性要求.20R和20的區(qū)別：142、低合金鋼是一種低碳低合金鋼，合金元素含量較少（總量一般不超 過(guò)3%），具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，其強(qiáng)度、韌性、耐 腐蝕性、低溫和高溫性能等均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼。(1)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)采用低合金鋼，不僅可以

5、減薄容器的壁厚，減輕重量， 節(jié)約鋼材，而且能解決大型壓力容器在制造、檢驗(yàn)、運(yùn) 輸、安裝中因壁厚太厚所帶來(lái)的各種困難。1516MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR;(2)壓力容器常用低合金鋼：16Mn、09MnD;16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、。（D表示低溫用鋼）鋼板鋼管鍛件16(3)應(yīng)用介紹a. 16MnR屈服點(diǎn) 為340MPa級(jí)的壓力容器專(zhuān)用鋼板是我國(guó)壓力容器行業(yè)使用量最大的鋼板具有良好的綜合力學(xué)性能、制造工藝性能主要用于制造中低壓壓力容器和多層高壓容器17b. 16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR低溫壓力容器用鋼，工

6、作在-20及更低溫度的壓力容器專(zhuān)用鋼板16MnDR可用于- 40 的鋼種液氨儲(chǔ)罐等設(shè)備（降低碳含量，并加鎳和微量釩）15MnNiDR提高了低溫韌性-40 級(jí)低溫球形容器09MnNiDR-70 級(jí)低溫壓力容器用鋼用于制造液丙烯（-47.7 ）、液硫化氫（-61 ）等設(shè)備18c. 15CrMoR低合金珠光體熱強(qiáng)鋼中溫抗氫鋼板用于制造壁溫不超過(guò)560 的壓力容器19d. 20MnMo、 09MnNiD、 鍛件20MnMo常制造使用溫度為-40470 的重要大中型鍛件良好的熱加工和焊接工藝性能09MnNiD良好的低溫韌性常制造使用溫度為-4045 的低溫容器 12Cr1MoV較高的熱強(qiáng)性、抗氧化性和良

7、好的焊接性能常制造高溫（350480 ）、高壓（ 25MPa）、臨氫壓力容器203、高合金鋼壓力容器中采用的低碳或超低碳高合金鋼大多是耐腐蝕、耐高溫鋼鉻鋼鉻鎳鋼鉻鎳鉬鋼21（1）鉻鋼：但不耐硫酸、鹽酸、熱磷酸等介質(zhì)的腐蝕0Cr13是常用的鐵素體不銹鋼有較高的強(qiáng)度、塑性、韌性和良好的切削加工性能在室溫的稀硝酸以及弱有機(jī)酸中有一定的耐腐蝕性22（2）鉻鎳鋼0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10這三種鋼均屬于奧氏體不銹鋼。但長(zhǎng)期在水及蒸汽中工作時(shí)，0Cr18Ni9有晶間腐蝕傾向，并且在氯化物溶液中易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。具有較高的抗晶間腐蝕能力，可在-196600溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使

8、用。為超低碳不銹鋼，具有更好的耐蝕性。0Cr18Ni9在固溶態(tài)，具有良好的塑性、韌性、冷加工性，在氧化性酸和大氣、水、蒸汽等介質(zhì)中耐腐蝕性亦佳0Cr18Ni10Ti00Cr19Ni1023（3）鉻鎳鉬鋼：耐應(yīng)力腐蝕、小孔腐蝕的性能良好，適用于制造介質(zhì)中含氯離子的設(shè)備。00Cr18Ni5Mo3Si2是奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼24復(fù)合板基層：與介質(zhì)不接觸，主要起承載作用，通常為碳素鋼和低合金鋼。復(fù)層：與介質(zhì)直接接觸，要求與介質(zhì)有良好的相容性，通常為不銹 鋼、鈦等耐腐蝕材料，其厚度一般為基層厚度的1/101/3。復(fù)合板應(yīng)用特點(diǎn)：用復(fù)合板制造耐腐蝕壓力容器，可大量節(jié)省昂貴的耐腐蝕材料， 從而降低壓力容

9、器的制造成本。復(fù)合板的焊接比一般鋼板復(fù)雜，焊接接頭往往是耐腐蝕的薄弱 環(huán)節(jié)，因此壁厚較薄、直徑小的壓力容器最好不用復(fù)合板。25 壓力容器零部件間焊接還需要焊條、焊絲、焊劑、電極和襯墊等焊接材料。 一般應(yīng)根據(jù)待連接件的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能，結(jié)合壓力容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用條件綜合考慮選用焊接材料，必要時(shí)還應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。 壓力容器用鋼的焊接材料可參閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。焊接材料：262.1.2 有色金屬和非金屬一、有色金屬使用狀態(tài)：在退火狀態(tài)下的強(qiáng)度比較穩(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(lèi)有色金屬中的合適牌號(hào)壓力容器常用有色金屬：銅及其合金鋁及其合金鎳及鎳合金鈦及鈦合金27 在沒(méi)有氧存在的

10、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。1、銅及其合金特性：應(yīng)用：是制造深冷設(shè)備的良好材料。282、鋁及其合金特性：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；使用溫度范圍為-269200；有良好的成型和焊接性能。應(yīng)用：可用來(lái)制作壓力較低的貯罐、塔、熱交換器，防止污染產(chǎn)品的設(shè)備及深冷設(shè)備293、鎳及鎳合金特性：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，最高使用溫度可達(dá)900。由于價(jià)格高，一般只用于制造特殊要求的壓力容器。304、鈦及鈦合金特

11、性：應(yīng)用：對(duì)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20R）、 低溫性能好、粘附力小等優(yōu)點(diǎn)；但單位質(zhì)量?jī)r(jià)格高，比一般鋼材高20倍左右；使用溫度僅限于350以?xún)?nèi)。在介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)的設(shè)備中應(yīng)用，可獲得較好的綜合經(jīng)濟(jì)效果。31二、非金屬材料用途：它既可以單獨(dú)用作結(jié)構(gòu)材料，也可用作金屬材料保護(hù)襯里或涂層,還可以用作設(shè)備的密封材料、保溫材料和耐火材料。壓力容器用非金屬材料要求：除要求有良好的耐腐蝕性外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，好的熱穩(wěn)定性，良好的加工制造性能。缺點(diǎn)：大多數(shù)材料耐熱性不高，對(duì)溫度波動(dòng)比較敏感，與金屬相比強(qiáng)

12、度較低(除玻璃鋼外)。32壓力容器常用非金屬材料：涂料工程塑料不透性石墨搪瓷陶瓷331、涂料涂料是一種有機(jī)高分子膠體的混合物，將其均勻地涂在容器表面上能形成完整而堅(jiān)韌的薄膜，起耐腐蝕和保護(hù)作用。34熱塑性塑料熱固性塑料在一定溫度下可以變軟，而不發(fā)生化學(xué)變化，冷卻后又變硬，再加熱又軟化；Eg.如聚氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS等；可用作制造低壓容器的殼體、管道,也可用作密封元件、襯里等的材料。2、工程塑料353、不透性石墨 具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，可用于制造熱交換器。4、陶瓷 具有良好的耐腐蝕性能，且有一定的強(qiáng)度，被用來(lái)制造塔、貯槽、反應(yīng)器和管件。365、搪瓷搪瓷設(shè)備是由含硅量高的瓷釉

13、通過(guò)9000C左右的高溫鍛燒，使瓷釉密著于金屬胎表面而制成的。它具有優(yōu)良的耐蝕性，較好的耐磨性，廣泛用作耐腐蝕、不掛料的反應(yīng)罐、貯罐、塔和反應(yīng)器等。37具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)， 是一種很有發(fā)展前途的壓力容器材料， 已被用于制造天然氣鋼瓶、液化石油氣儲(chǔ)罐等產(chǎn)品。復(fù)合材料38第二章 壓力容器用材以及環(huán)境和 時(shí)間對(duì)其材料性能的影響2.2 壓力容器制造工藝 對(duì)鋼材性能的影響MATERIALS FOR PRESSURE VESSELS AND INFLUENCES OF ENVIRORMENT AND TIME ON PROPERTIES OF THESE MATERIALS39壓力容器制

14、造冷、熱加工焊接組對(duì)熱處理（必要時(shí)）塑性變形焊接工藝熱處理研究冷或熱壓力加工造成的塑性變形、焊接工藝和熱處理對(duì)鋼材性能的影響402.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響2.2.1 塑性變形2.2.2 焊接2.2.3 熱處理412.2.1 塑性變形材料在載荷下的變形彈性變形塑性變形或永久變形42一、應(yīng)變硬化二、熱加工和冷加工三、各向異性四、應(yīng)變時(shí)效材料在塑性變形中內(nèi)部性能的變化：43一、應(yīng)變硬化見(jiàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖 從該曲線可以看到，從d 卸載后，dg表示消失了的彈性變形,而od表示不再消失的塑性變形。卸載后，在短時(shí)間內(nèi)再次加載，則應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系按照dd變化，到了d 以后，按照def變化。到d以前材

15、料都是彈性的，以后才出現(xiàn)塑性變形。相當(dāng)于形成了新的材料曲線。比較，可見(jiàn)在第2次加載時(shí)，其比例極限提高了，但塑性變形和延伸率卻有所減低。表明在常溫下把材料拉伸到塑性變形，然后卸載，當(dāng)再次加載時(shí)，將使材料的比例極限提高，而塑性減低。這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變硬化。（加工硬化、冷做硬化）材料力學(xué)應(yīng)變硬化經(jīng)退火，可消失。加工硬化可提高材料的抗變形能力，但塑性降低44凡是在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形二、冷加工和熱加工冷、熱加工的分界線從金屬學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)區(qū)分， 是金屬的再結(jié)晶溫度。熱加工或熱變形特點(diǎn):熱變形時(shí)加工硬化和再結(jié)晶現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)，但加工硬化被再結(jié)晶消除，變形后具有再結(jié)晶組織，因

16、而無(wú)加工硬化現(xiàn)象。冷加工或冷變形特點(diǎn):冷變形中無(wú)再結(jié)晶出現(xiàn)，因而有加工硬化現(xiàn)象。由于冷變形時(shí)有加工硬化現(xiàn)象，塑性降低，每次的冷變形程度不宜過(guò)大，否則，變形金屬將產(chǎn)生斷裂破壞。 45鋼板沖壓成各種封頭后，由于塑性變形，厚度會(huì)發(fā)生變化。 例如，鋼板沖壓成半球形封頭后，底部變薄，邊緣增厚。 在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意這種厚度的變化。46三、各向異性非金屬夾雜物熱加工纖維組織呈纖維狀金屬再結(jié)晶帶狀組織金屬材料力學(xué)性能產(chǎn)生方向性a、平行纖維組織方向的強(qiáng)度、 塑性和韌性提高，b、垂直方向的塑性和韌性降低c、變形越大，性能差異越明顯因勢(shì)利導(dǎo)：纖維組織的穩(wěn)定性高，不能用熱處理方法加以消除。 壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡

17、可能使零件在工作時(shí)產(chǎn)生的最大正應(yīng)力 與纖維方向重合，最大切應(yīng)力方向與纖維方向垂直。第二項(xiàng)合金47四、應(yīng)變時(shí)效冷加工應(yīng)用舉例：筒節(jié)冷卷封頭冷旋壓應(yīng)變時(shí)效經(jīng)冷加工塑性變形的碳素鋼、低合金鋼，在室溫下停留較長(zhǎng)時(shí)間，或在較高溫度下停留一定時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，稱(chēng)為應(yīng)變時(shí)效。48應(yīng)變時(shí)效危害降低應(yīng)變時(shí)效的措施發(fā)生應(yīng)變時(shí)效的鋼材，不但沖擊吸收功大幅度下降，而且韌脆轉(zhuǎn)變溫度大幅度上升，表現(xiàn)出常溫下的脆化。一般認(rèn)為，合金元素中，碳、氮增加鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性。減少碳、氮含量; 加入鋁、鈦、釩等元素，使它們與碳、氮形成穩(wěn)定化合物，可顯著減弱鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性。492.2.2 焊

18、接焊接：是壓力容器制造過(guò)程的重要環(huán)節(jié)和質(zhì)量必須得到保證的環(huán)節(jié)。焊接方法：熔焊 （壓力容器制造中應(yīng)用最廣）壓焊釬焊熔焊機(jī)理：形成牢固的原子間結(jié)合，使待連接件成為一體焊接接頭加熱至熔化融化的母材填充金屬熔池冷卻結(jié)晶后通過(guò)加熱或（和）加壓，使焊件達(dá)到原子或分子結(jié)合的一種加工方法。50焊接技術(shù)：各種焊接方法、焊接工藝、焊接材料、焊接設(shè)備及其基礎(chǔ)理論的總稱(chēng)。焊接接頭：用焊接方法連接的接頭。51一、焊接接頭的組織和性能二、焊接應(yīng)力與變形三、減少焊接應(yīng)力和變形的措施四、焊接接頭常見(jiàn)缺陷五、焊接接頭檢查52一、焊接接頭的組織和性能焊接接頭組成焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)1、焊縫由熔池的液態(tài)金屬凝固結(jié)晶而成，通常由填充金

19、屬和部分母材金屬組成。因結(jié)晶是從熔池邊緣的半熔化區(qū)開(kāi)始的，低熔點(diǎn)的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析集中在焊縫中心區(qū)，影響焊縫的力學(xué)性能。53542、熔合區(qū)焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過(guò)渡的區(qū)域。組織：熔合區(qū)的加熱溫度在合金的固相和液相線之間，其化學(xué)成分和組織性能有很大的不均勻性塑性差、強(qiáng)度低、脆性大、易產(chǎn)生焊接裂紋，是焊接接頭中最薄弱的環(huán)節(jié)之一性能：553、熱影響區(qū)是焊縫兩側(cè)母材因焊接熱作用（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。組織及性能在熱影響區(qū)內(nèi)，各處離開(kāi)焊縫金屬距離不同，材料被加熱和冷卻速度也不同，從而形成了多種金相組織區(qū)，使其力學(xué)性能也不同。56以低碳鋼為例加以說(shuō)明熱影響區(qū)的各個(gè)金相組

20、織區(qū)：過(guò)熱區(qū)：對(duì)于焊接剛度大的結(jié)構(gòu)或含碳量高的易淬火 正火區(qū)：焊接接頭中組織和性能最好的區(qū)域部分正火區(qū)：力學(xué)性能不均勻鋼，常在此區(qū)產(chǎn)生裂紋57二、焊接應(yīng)力與變形焊接焊接件產(chǎn)生溫度梯度接頭組織和性能的不均勻焊接應(yīng)力和應(yīng)變分別是指焊接過(guò)程中焊件內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力和變形。焊后殘留在焊件內(nèi)的焊接應(yīng)力焊接應(yīng)力和變形:焊接殘余應(yīng)力:58局部區(qū)域應(yīng)力過(guò)高，使結(jié)構(gòu)承載能力下降，引起裂紋，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效焊接殘余應(yīng)力它是沒(méi)有外載荷作用時(shí)就存在的應(yīng)力焊接變形使焊件形狀和尺寸發(fā)生變化，需要進(jìn)行矯形。變形過(guò)大會(huì)因無(wú)法矯形而報(bào)廢。與外載荷產(chǎn)生的應(yīng)力疊加焊接殘余應(yīng)力的危害：焊接變形的危害:59平板對(duì)接焊縫焊接殘余應(yīng)力分布見(jiàn)圖3

21、-1所示。由于焊縫和近焊縫區(qū)的熱變形受到約束，會(huì)產(chǎn)生焊接殘余變形。如果在焊接過(guò)程中，焊件能較自由伸縮，則：焊后的變形較大而焊接應(yīng)力??；反之，變形小，焊接應(yīng)力大。此外，焊接前壓力容器成形不符合要求，例如筒體的不圓度，也會(huì)產(chǎn)生焊接裝配應(yīng)力，使局部區(qū)域應(yīng)力升高。60三、減少焊接應(yīng)力和變形的措施如：盡量減少焊接接頭數(shù)量相鄰焊縫間應(yīng)保持足夠的間距盡可能避免交叉，避免出現(xiàn)十字焊縫焊縫不要布置在高應(yīng)力區(qū)焊前預(yù)熱等等當(dāng)焊接造成的殘余應(yīng)力會(huì)影響結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行時(shí)，還需設(shè)法消除 焊接殘余應(yīng)力。設(shè)計(jì)焊接工藝61四、焊接接頭常見(jiàn)缺陷 常見(jiàn)焊接缺陷62a、裂紋形成：在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部區(qū)域的金

22、屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的縫隙。特點(diǎn)：它具有尖銳的裂端和大的長(zhǎng)寬比。位置：裂紋多數(shù)發(fā)生在焊縫中，也有的產(chǎn)生在焊縫熱影響區(qū)。63根據(jù)裂紋的形成條件、時(shí)間和溫度的不同，焊接裂紋一般可分為危害：熱裂紋冷裂紋再熱裂紋層狀撕裂應(yīng)力腐蝕裂紋裂紋是焊接接頭中最危險(xiǎn)的缺陷，壓力容器的破壞事故多數(shù)是由裂紋引起的。64b、夾渣殘留在焊縫金屬中的熔渣稱(chēng)為夾渣。危害：c、未焊透焊接接頭根部未完全熔透而留下空隙的現(xiàn)象稱(chēng)為未焊透。它減少了焊縫的有效承載面積，在根部處產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易引起裂紋，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。因夾渣的幾何形狀不規(guī)則，存在棱角或尖角，易造成應(yīng)力集中，它往往是裂紋的起源，過(guò)長(zhǎng)和密集的夾渣是不允許存在的。危害：

23、65d、未熔合對(duì)于厚截面結(jié)構(gòu)，熔焊時(shí)需要多道焊接。焊道與母材之間，或焊道與焊道之間，未能完全熔化結(jié)合的部分稱(chēng)為未熔合。危害：e、焊瘤是焊接過(guò)程中，熔化金屬流到焊縫以外未熔化的母材上所形成的金屬堆積。危害：它類(lèi)似于裂紋，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，是危險(xiǎn)缺陷。易造成應(yīng)力集中，并在下面伴隨著未熔合、未焊透等缺陷。66f、氣孔氣孔是焊接過(guò)程中，熔池金屬中的氣體在金屬凝固時(shí)未來(lái)得及逸出，而在焊縫金屬中殘留下來(lái)所形成的孔穴。危害：它在一定程度上減少了焊縫的承載面積，但由于沒(méi)有尖銳的邊緣，危害性相對(duì)較小。g、咬邊沿著焊趾的母材部位產(chǎn)生的凹陷或構(gòu)槽，稱(chēng)為咬邊。危害：它不僅會(huì)減少母材的承載面積，還會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，危害較為

24、嚴(yán)重，較深時(shí)應(yīng)予消除。67五、焊接接頭檢查破壞性檢查非破壞性檢查外觀檢查密封性檢驗(yàn)無(wú)損檢測(cè)直觀檢驗(yàn)量具檢驗(yàn)射線透照檢測(cè)超聲檢測(cè)表面檢測(cè)磁粉檢測(cè)滲透檢測(cè)渦流檢測(cè)測(cè)內(nèi)部缺陷測(cè)表面和近表面缺陷設(shè)計(jì)中要給出相應(yīng)的檢測(cè)方法（用水、氣、油等）68注意:1. 超聲檢測(cè): 對(duì)裂紋型(面型)缺陷敏感; 射線檢測(cè): 對(duì)氣孔型(體型)缺陷敏感。2. 磁粉檢測(cè): 適用于鐵磁性材料,不適用于非鐵磁性材料 (如不銹鋼); 渦流檢測(cè): 適用于導(dǎo)電材料,不適用于非導(dǎo)電材料; 滲透檢測(cè): 適用于金屬材料和致密性非金屬材料, 不適用于疏松的多孔性材料。692.2.3 熱處理改善綜合性能熱處理壓力容器制造中的熱處理焊后消除應(yīng)力熱處

25、理固溶處理穩(wěn)定化處理70一、焊后消除應(yīng)力熱處理目的：盡量消除因塑性變形加工、鍛造、焊接等引起的殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的塑性和韌性，恢復(fù)因冷作和時(shí)效而劣化的力學(xué)性能。應(yīng)用：當(dāng)鋼板很厚，介質(zhì)的毒性程度為極度或高度危害，或有應(yīng)力 腐蝕傾向時(shí)，壓力容器應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理。由于有色金屬、不銹鋼的塑性好，用它們制造的壓力容器一 般不進(jìn)行熱處理。對(duì)于壓力容器中經(jīng)常遇到的厚截面鋼板或鍛件，很難使整個(gè)截面上的性能盡可能均勻，此時(shí)應(yīng)精心設(shè)計(jì)熱處理工藝并嚴(yán)格執(zhí)行。71二、改善綜合性能熱處理1、固溶處理 將合金加熱到一定溫度并保持足夠長(zhǎng)時(shí)間,使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中,然后在水中或空氣中快速冷卻,以抑制這些被溶物質(zhì)重新

26、析出,從而得到在室溫下的過(guò)飽和固溶體的工藝，稱(chēng)為固溶處理。目的：提高合金的韌性和抗腐蝕性。72例如，含鈦或鈮的奧氏體不銹鋼在850900溫度范圍內(nèi)加熱適當(dāng)時(shí)間，使鈦或鈮以碳化物的形式析出，從而達(dá)到穩(wěn)定組織的目的，提高抗晶間腐蝕的能力。2、穩(wěn)定化處理：目的：穩(wěn)定組織，防止構(gòu)件形狀和尺寸發(fā)生時(shí)效性變化。73第三節(jié) 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響第二章 壓力容器用材以及環(huán)境和 時(shí)間對(duì)其材料性能的影響MATERIALS FOR PRESSURE VESSELS AND INFLUENCES OF ENVIRORMENT AND TIME ON PROPERTIES OF THESE MATERIALS7

27、42.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響2.3.1 溫度2.3.2 介質(zhì)2.3.3 加載速率752.3.1 溫度不同用途的壓力容器所在的工作溫度不同。鋼材在低溫中溫高溫下，性能不同高溫下，鋼材性能往往與作用時(shí)間有關(guān)介紹幾種情況的影響一、短期靜載下溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響二、高溫、長(zhǎng)期靜載下鋼材力學(xué)性能三、高溫下材料性能的劣化762、低溫下 隨著溫度降低，碳素鋼和低合金鋼的強(qiáng)度提高，而韌性降低。當(dāng)溫度低于20時(shí)，鋼材可采用20時(shí)的許用應(yīng)力。 韌脆性轉(zhuǎn)變溫度（或脆性轉(zhuǎn)變溫度）當(dāng)溫度低于某一界限時(shí)，鋼的沖擊吸收功大幅度地下降，從韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度常被稱(chēng)為韌脆性轉(zhuǎn)變溫度或脆性轉(zhuǎn)變溫度。77圖

28、3-4 低碳鋼沖擊吸收功和溫度的關(guān)系曲線注意:韌脆性轉(zhuǎn)變溫度不是在一個(gè)特定的溫度，而是在一個(gè)溫度 范圍內(nèi)。78低溫變脆的金屬：具有體心立方晶格的金屬如碳素鋼和低合金鋼低溫仍有很高韌性的金屬：面心立方晶格材料如銅、鋁和奧氏體不銹鋼，沖擊吸收功隨溫度的變化很小，在很低的溫度下仍具有高的韌性。注意:并不是所有金屬都會(huì)低溫變脆。7980二、高溫、長(zhǎng)期靜載下鋼材性能蠕變現(xiàn)象：在高溫和恒定載荷的作用下，金屬材料會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間而發(fā)展的塑性變形，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為蠕變現(xiàn)象。碳素鋼420400-500oC合金鋼一定的應(yīng)力作用發(fā)生蠕變?nèi)渥兊慕Y(jié)果是使壓力容器材料產(chǎn)生蠕變脆化、應(yīng)力松弛、蠕變變形和蠕變斷裂。因此,高溫壓力容

29、器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施防止蠕變破壞發(fā)生。蠕變的危害811、蠕變曲線蠕變曲線三階段減速蠕變恒速蠕變加速蠕變圖3-5 蠕變應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系一定溫度和一定應(yīng)力條件下82cd為蠕變的第三階段ab為蠕變的第一階段即蠕變的不穩(wěn)定階段，蠕變速率隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低，因此也稱(chēng)為蠕變的減速階段.bc為蠕變的第二階段在此階段，材料以接近恒定蠕變速率進(jìn)行變形，故也稱(chēng)為蠕變的恒速階段.在這階段里蠕變速度不斷增加，直至斷裂。oa線段試樣加載后的瞬時(shí)應(yīng)變。a點(diǎn)以后的線段從a點(diǎn)開(kāi)始隨時(shí)間增長(zhǎng)而產(chǎn)生的應(yīng)變才屬于蠕變。蠕變曲線上任一點(diǎn)的斜率表示該點(diǎn)的蠕變速率。83注意:對(duì)于同一材料，改變溫度或改變應(yīng)力，蠕變曲線都會(huì)不同當(dāng)應(yīng)力較小

30、或溫度很低時(shí)，第二階段的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，甚至無(wú)第三階段；相反，當(dāng)應(yīng)力較大或溫度較高時(shí)，第二階段持續(xù)時(shí)間短，甚至完全消失。842、蠕變極限與持久強(qiáng)度a、蠕變極限是高溫長(zhǎng)期載荷作用下，材料對(duì)變形的抗力。蠕變極限表示法在給定溫度下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定的第二階段蠕變速率的應(yīng)力值在給定溫度和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，使試樣產(chǎn)生一定量的蠕變總伸長(zhǎng)率的應(yīng)力值（常用）b、持久強(qiáng)度在給定的溫度下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后發(fā)生斷裂 時(shí)構(gòu)件所能承受的最大應(yīng)力。蠕變極限適用于:在高溫運(yùn)行中要嚴(yán)格控制變形的零件的設(shè)計(jì)， 如渦輪葉片。持久強(qiáng)度適用于:只要求機(jī)件在使用期內(nèi)不發(fā)生斷裂。85考慮蠕變極限和持久強(qiáng)度的場(chǎng)合：高溫壓力容器設(shè)計(jì)中，不僅要防止過(guò)大的變

31、形，而且要確保在規(guī)定條件下不會(huì)蠕變斷裂，往往同時(shí)用蠕變極限和持久強(qiáng)度來(lái)確定許用應(yīng)力。（蠕變極限常用第二種表示法，且一般規(guī)定時(shí)間為105h，總伸長(zhǎng)率為1%；確定持久強(qiáng)度的時(shí)間為105h。）在高應(yīng)力、較低的溫度時(shí)，斷裂后伸長(zhǎng)率較高，斷口呈韌性形態(tài)；而在應(yīng)力低、溫度高時(shí)，斷裂前塑性變形小，斷裂呈脆性，斷后伸長(zhǎng) 率較低，縮頸很小， 在晶體內(nèi)部常發(fā)現(xiàn)大量的細(xì)小裂紋。溫度和應(yīng)力對(duì)蠕變斷裂形式有顯著的影響86松弛在常溫下工作的零件，在發(fā)生彈性變形后，如果變形總量保持不變，則零件內(nèi)的應(yīng)力將保持不變。但在高溫和應(yīng)力作用下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，如果變形總量保持不變，因蠕變而逐漸增加的塑性變形將逐步代替原來(lái)的彈性變形，

32、從而使零件內(nèi)的應(yīng)力逐漸降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為松馳。如高溫壓力容器中的連接螺栓，可能因松弛而引起容器泄漏。松弛穩(wěn)定性材料抵抗應(yīng)力松弛的能力。松弛穩(wěn)定性決定于材料的成分、組織等內(nèi)部因素。873、影響蠕變性能的主要因素a、內(nèi)在因素:化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸b、外部因素：溫度、應(yīng)力在高應(yīng)力、較低的溫度時(shí)，斷裂后伸長(zhǎng)率較高，斷口呈韌性形態(tài)；而在應(yīng)力低、溫度高時(shí)，斷裂前塑性變形小，斷裂呈脆性，斷后伸長(zhǎng) 率較低，縮頸很小， 在晶體內(nèi)部常發(fā)現(xiàn)大量的細(xì)小裂紋。88三、高溫下材料性能的劣化在高溫下長(zhǎng)期工作的鋼材性能的劣化主要有：蠕變脆化（前面已經(jīng)講了）珠光體球化石墨化回火脆化氫腐蝕和氫脆89a、珠光體球化危害：使

33、材料的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性、蠕變極限和持久極限下降例如：中度球化會(huì)使碳素鋼常溫強(qiáng)度下降下降10%15%；嚴(yán)重球化時(shí)下降20%30%補(bǔ)救：己發(fā)生球化的鋼材可采用熱處理的方法使之恢復(fù)原來(lái)的組織。90b、石墨化危害：使金屬發(fā)生脆化，強(qiáng)度和塑性降低，沖擊值降低得更多。 產(chǎn)生環(huán)境：石墨化現(xiàn)象只出現(xiàn)在一定的高溫范圍。對(duì)碳素鋼和碳錳鋼，當(dāng)在溫度425oC以上長(zhǎng)期工作時(shí)都有可能發(fā)生石墨化。溫度升高，使石墨化加劇，但溫度過(guò)高，非但不出現(xiàn)石墨化現(xiàn)象，反而使己生成的石墨與鐵化合成滲碳體。預(yù)防：要阻止石墨化現(xiàn)象，可在鋼中加入與碳結(jié)合能力強(qiáng)的合金元素，如鉻、鈦、釩等，但硅、鋁、鎳等卻起促進(jìn)石墨化的作用。91c、回

34、火脆化高溫臨氫設(shè)備常使用的等鉻鉬鋼，長(zhǎng)期在300-600oC下使用，或者從此溫度范圍緩慢冷卻，脆性轉(zhuǎn)變溫度會(huì)升高，韌性降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為回火脆化。研究表明：影響鋼回火脆化的主要因素為化學(xué)成分和熱處理?xiàng)l件。P、Sb、Sn和As等雜質(zhì)元素越多，奧氏體化溫度越高， 鋼對(duì)回火脆化越敏感。92d、氫腐蝕和氫脆氫能引起材料多種類(lèi)型的性質(zhì)劣化，但加氫反應(yīng)器等壓力容器中常見(jiàn)的是氫腐蝕和氫脆。93d-1.氫腐蝕 是指高溫高壓下氫與鋼中的碳形成甲烷的化學(xué)反應(yīng)，又稱(chēng)為氫蝕。氫腐蝕有兩種形式：一是和鋼表面的碳化合生成甲烷，引起鋼表 面脫碳， 使力學(xué)性能惡化；二是滲透到鋼內(nèi)部，與滲碳體反應(yīng)生成甲烷。裂紋94一般情況下，

35、碳素鋼在200以上的高壓氫環(huán)境中才會(huì)發(fā)生氫腐蝕。鋼 中加入鉻、釩、鈦、鎢等能形成穩(wěn)定碳化物的元素含量，可提高鋼抗氫 腐蝕的能力。奧氏體不銹鋼可以很好地抵抗氫腐蝕。目前，一般按照Neson曲線選用抗氫用鋼。根據(jù)該曲線，碳素鋼在氫分 壓小于時(shí)，允許的使用溫度約為鋼在氫 分壓小于時(shí)的允許使用溫度大約為520。影響氫腐蝕的因素主要有：溫度、氫分壓、時(shí)間、合金成分、應(yīng)力等95在高溫、高氫分壓環(huán)境下工作的壓力容器，在停車(chē)時(shí)，應(yīng)先降壓，保溫消氫（200以上）后，再降至常溫。切不可先降溫后降壓。d-2.氫脆指鋼因吸收氫而導(dǎo)致韌性下降的現(xiàn)象。內(nèi)部氫:指鋼在冶煉、焊接、酸洗等過(guò)程中吸收的氫；外部氫:指鋼在氫環(huán)境中

36、使用時(shí)所吸收的氫。氫的來(lái)源96鋼材長(zhǎng)時(shí)間在高溫下，還會(huì)發(fā)生合金元素在固溶體和碳化物相之間的重新分配，那些對(duì)固溶體起強(qiáng)化作用的合金元素，如鉻、鉬、錳等，都會(huì)不斷脫溶，從而使材料高溫強(qiáng)度下降。除低溫、高溫外，中子輻照也會(huì)引起材料輻照脆化。在設(shè)計(jì)階段，預(yù)測(cè)材料性能是否會(huì)在使用中劣化，并采取有效的防范措施，對(duì)提高壓力容器的安全性具有重要意義。除以上4種劣化外，還要注意：972.3.2 介質(zhì)一、腐蝕概述a. 按腐蝕的機(jī)理來(lái)分電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕b. 按金屬腐蝕的形式來(lái)分全面腐蝕局部腐蝕晶間腐蝕小孔腐蝕縫隙腐蝕應(yīng)力腐蝕1、金屬腐蝕2、金屬腐蝕分類(lèi)金屬在外部介質(zhì)的作用下，由于化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理溶解而產(chǎn)

37、生的破壞。98注意:不銹鋼防止晶間腐蝕的措施 a. 在10101120熱處理,隨即快速冷卻通過(guò)敏化范圍。 b. 采用超低碳不銹鋼。 c. 奧氏體不銹鋼中加入鈮、鈦使之穩(wěn)定。99二、應(yīng)力腐蝕1、應(yīng)力腐蝕的特征三個(gè)階段孕育階段是逐步形成應(yīng)力腐蝕裂紋時(shí)期；裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下，裂紋緩慢擴(kuò)展；裂紋失穩(wěn)階段最終發(fā)生的突然斷裂。斷裂前往往沒(méi)有明顯塑性變形，是突發(fā)性的，因而很難預(yù)防，是一種危險(xiǎn)性很大的破壞形式。注意:值得注意的是第三階段不一定總會(huì)發(fā)生，因?yàn)樵诘诙A段形成的 裂紋有可能使壓力容器泄漏，導(dǎo)致壓力（應(yīng)力）下降，而不出現(xiàn) 第三階段，即發(fā)生未爆先漏（Leak Before Break

38、）。金屬材料在拉應(yīng)力和特定介質(zhì)的共同作用下引起的斷裂100應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的特征：a拉伸應(yīng)力b特定合金和介質(zhì)的組合c一般為延遲脆性斷裂1012、常見(jiàn)的應(yīng)力腐蝕a. 堿溶液b.濕硫化氫c.液氨d. 氯化物溶液1023、應(yīng)力腐蝕的預(yù)防措施 一般從選材、設(shè)計(jì)、改善介質(zhì)條件和防護(hù)等幾個(gè)方面采取措施，預(yù)防應(yīng)力腐蝕引起的壓力容器失效。 a. 合理選擇材料 b. 減少或消除殘余拉應(yīng)力c. 改善介質(zhì)條件 d. 涂層保護(hù)e. 合理設(shè)計(jì)1032.3.3 加載速率加載速率的表示應(yīng)力速率（Pa/s）或應(yīng)變速率（1/s）通常，應(yīng)變速率在10 410-1s-1范圍內(nèi)，金屬材料的力學(xué)性能 沒(méi)有明顯變化。當(dāng)應(yīng)變速率在10-1s-

39、1以上時(shí)，它對(duì)鋼材力學(xué)性能有顯著的影響： 加載速率較高時(shí)，材料沒(méi)有充分的時(shí)間產(chǎn)生正常的滑移變形，從而使材料繼續(xù)處于一種彈性狀態(tài)，使屈服點(diǎn)隨應(yīng)變速率的增大而增大，但一般塑性材料的塑性及韌性下降，即脆性斷裂的傾向增加。如果材料中有缺口或裂紋等缺陷，還會(huì)加速這種脆性斷裂的發(fā)生。104加載速率對(duì)鋼的韌性影響還與鋼的強(qiáng)度水平有關(guān)。 通常，在一定的加載速率范圍內(nèi)，隨著鋼材強(qiáng)度水平的提高，韌性的降低減弱。即：在一定的加載速率范圍內(nèi)，加載速率的大小對(duì)某些高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的韌性影響是很小的，但對(duì)中、低強(qiáng)度鋼的韌性影響則很明顯。105第四節(jié) 壓力容器材料選擇MATERIALS FOR PRESSURE VES

40、SELS AND INFLUENCES OF ENVIRORMENT AND TIME ON PROPERTIES OF THESE MATERIALS第二章 壓力容器用材以及環(huán)境和 時(shí)間對(duì)其材料性能的影響1062.4 壓力容器材料選擇2.4.1 壓力容器用鋼的基本要求2.4.2 壓力容器鋼材的選擇2.4.3 設(shè)計(jì)人員選材時(shí)注意事項(xiàng)107壓力容器材料多種多樣：鋼用的最多有色金屬非金屬?gòu)?fù)合材料等1082.4.1 壓力容器用鋼的基本要求本節(jié)對(duì)壓力容器用鋼的基本要求作進(jìn)一步分析。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109一、化學(xué)成分鋼材化學(xué)成分對(duì)其性能和熱處理有較大的影響。1、碳?jí)毫θ萜饔娩摰暮剂恳话悴粦?yīng)大于0.25%。碳含量強(qiáng)度增加可焊性焊接時(shí)易在熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋在鋼中加入釩、鈦、鈮等元素，可提高鋼的強(qiáng)度和