壓力容器設(shè)計(jì)-壓力容器材料及環(huán)境

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(yùn)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(jì)、適用。

編輯ppt本章主要內(nèi)容●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編輯ppt按鋼材形狀1、鋼板

壓力容器用鋼板的要求鋼材類型壓力容器常用鋼材有色金屬和非金屬（1）鋼板應(yīng)具有良好的強(qiáng)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?！?-1

壓力容器材料編輯ppt（3）鋼板必須按規(guī)定的限制條件使用，如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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。

編輯ppt《壓力容器用鋼板》《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt2、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(biāo)準(zhǔn)，對所使用的無縫鋼管，應(yīng)注明屬于哪個標(biāo)準(zhǔn)。過程設(shè)備常用無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)：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的流體（p<0.6Mpa）,材料可用Q235制造。

編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt3、鍛件（1）根據(jù)鍛件檢驗(yàn)項(xiàng)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(dá)50mm時，級別不得低于Ⅲ級。

編輯ppt編輯ppt編輯ppt4、圓鋼、型鋼●用于制作支承件、加強(qiáng)圈等，圓鋼還可用于制作小尺寸的緊固件。●圓鋼材料為Q235-A、20、35號鋼等，型鋼材料多為Q235-A。

編輯ppt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編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt2、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(qiáng)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(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，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(qiáng)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。編輯ppt3、高合金鋼（合金元素總含量大于10%）

主要有鉻鋼、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(shí)驗(yàn)證明，只有當(dāng)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(kuò)大不銹鋼的耐蝕范圍，特別是提高抗堿腐蝕的能力。

Mo能提高不銹鋼抗氯離子腐蝕的能力，并提高鋼的耐熱強(qiáng)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。

編輯ppt編輯ppt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編輯ppt銅及銅合金的特點(diǎn)鋁及鋁合金的特點(diǎn)鎳及鎳合金的特點(diǎn)鈦及鈦合金的特點(diǎn)i有色金屬和非金屬編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)：資源豐富、耐蝕性好、品種多、價格便宜。缺點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)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(hù)村里或涂層、密封材料、保溫材料、耐火材料等。

編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt編輯ppt§3-2

制造工藝對鋼材性能的影響

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)變時效編輯ppt

二、焊接對鋼材性能的影響編輯ppt焊縫區(qū)熔合區(qū)過熱區(qū)正火區(qū)部分正火區(qū)熱影響區(qū)編輯ppt雜質(zhì)偏析在焊縫區(qū)形成焊接熱裂紋編輯ppt

2、焊接應(yīng)力與變形編輯ppt3、減小焊接應(yīng)力與變形的措施①合理的焊接接頭設(shè)計(jì)焊接接頭形式、焊接坡口設(shè)計(jì)、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)熱和焊后熱處理編輯ppt編輯ppt編輯ppt5、焊接接頭檢驗(yàn)破壞性檢驗(yàn)非破壞性檢驗(yàn)整體試驗(yàn)試板外觀檢查密封檢查無損檢驗(yàn)射線、超聲波、磁粉、滲透、渦流等編輯ppt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》編輯ppt§3-3

環(huán)境對壓力容器用鋼性能的影響溫度編輯ppt材料的低溫脆化一、溫度編輯ppt高溫下鋼的特點(diǎn)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—蠕變編輯ppt

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編輯ppt2、材料的耐腐蝕能力

工程上常按腐蝕深度三級標(biāo)準(zhǔn)來評定金屬耐均勻腐蝕的能力*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(hù)措施。編輯ppt1、腐蝕的類型（按腐蝕機(jī)理）①全面腐蝕

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)編輯ppt§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(qiáng)度、剛度、塑性、韌性等）3、制造工藝性能（機(jī)加工性能、壓力加工性能、焊接性能、鑄造性能、熱處理性能等）編輯ppt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)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(qiáng)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(jì)性

4、材料的選擇應(yīng)符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求編輯ppt

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(diǎn)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(dāng)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(dāng)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。

編輯ppt具有較高的機(jī)械性能，價格較便宜，可用于制作深冷設(shè)備筒體、管板、法蘭及螺母等。黃銅（銅-鋅合金）青銅1、錫青銅（銅-錫合金）

具有很高的耐蝕性和良好的抗磨性，多用于制造耐磨零件（如軸瓦、軸套、蝸輪等）和與酸、堿等腐蝕性介質(zhì)接觸的零件。古代的青銅器即是用錫青銅制造。2、無錫青銅（銅中加入鉛、鋁等其它元素）

強(qiáng)度好、耐蝕性好，價格低廉，常用于制造在蒸氣和海水工作條件下的零件及受摩擦耐腐蝕零件。特點(diǎn)特點(diǎn)編輯ppt密度小、重量輕（ρ約為鋼的1/3），導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，強(qiáng)度較差，塑性好，有極好的耐蝕性（但不耐堿及鹽水），可用于制作儲罐、塔、熱交換器等設(shè)備，也可用于制作防止污染的設(shè)備和深冷設(shè)備。

純鋁特點(diǎn)編輯ppt具有適中的強(qiáng)度、優(yōu)良的塑性和耐蝕性，多用于制作深冷設(shè)備入液空吸附過濾器、分餾塔等。鋁合金1、防銹鋁（LF）：Al-Mn、Al-Mg合金強(qiáng)度較高，可用于制作深冷設(shè)備中的螺栓及其它受力構(gòu)件。

2、硬鋁（LY）：Al-Cu-Mg合金特點(diǎn)特點(diǎn)編輯ppt耐蝕性、耐磨性和硬度都很高，但價格很貴，很少用于制作壓力容器。純鎳特點(diǎn)具有很好的耐腐蝕性能和抗高溫性能，但價格較高，一般只用于制造特殊要求的壓力容器。鎳合金（Ni-Mn、Ni-Cu合金）特