壓力容器材料

1第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二壓力容器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理選材時(shí)間、環(huán)境的劣化作用（充分考慮）應(yīng)力分析σmax≤

σspmax≤[p]2第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二●3.1壓力容器材料3.1.1壓力容器常用鋼材3.1.2有色金屬和非金屬●3.2壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響3.2.1塑性變形3.2.2焊接本章主要內(nèi)容3.2.3熱處理3第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二●3.4壓力容器材料選擇3.4.1壓力容器用鋼的基本要求3.4.2壓力容器鋼材的選擇●3.3環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響3.3.1溫度3.3.2介質(zhì)3.3.3加載速率4第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二3.1

壓力容器材料3.1.1壓力容器常用鋼材3.1.2有色金屬和非金屬5第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二鋼材a.按化學(xué)成分分碳素鋼合金鋼工業(yè)純鐵C%≤0.04%低碳鋼C%≤0.25%（建筑和結(jié)構(gòu)構(gòu)件用）中碳鋼C%=0.25%~0.6%容器用鍛件和螺栓高碳鋼C%＞0.6%低合金鋼：合金元素總含量≤5%中合金鋼：5%~10%高合金鋼：＞10%也可按合金元素種類及組合分為：錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻鉬鋼6第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二b.按品質(zhì)分普通鋼P(yáng)≤0.045%,S≤0.055%或P.S≤0.05%優(yōu)質(zhì)鋼P(yáng).S≤0.04%，Cu≤0.030%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼P(yáng)≤0.035%,S≤0.03%,Cu≤0.025%c.按冶金方式分按爐別分：平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼按脫氧程度和澆注制度分沸騰鋼:不脫氧，鋼錠內(nèi)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象

C≤0.025%,Si≤0.07%鎮(zhèn)靜鋼：脫氧較完全半鎮(zhèn)靜鋼：介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間

Si≤0.17%7第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二d.按金相組織分退火狀態(tài)正火狀態(tài)無相變或部分相變亞共析鋼：鐵+珠共析鋼：珠過共析鋼：滲碳體+珠珠、貝、馬、奧鐵、奧、復(fù)相鋼e.按用途分結(jié)構(gòu)鋼：建筑及工程用鋼、機(jī)械制造用鋼、彈簧鋼、軸承鋼、超高強(qiáng)度鋼工具鋼：碳素鋼、高速工具鋼、合金工具鋼（刃具、量具、模具）特殊性能鋼：不銹耐熱鋼、耐熱鋼、電熱合金、耐磨鋼、低溫用鋼、電工用鋼專業(yè)用鋼：船舶用鋼、橋梁用鋼、鋼軌鋼、壓力容器用鋼、鍋爐用鋼8第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二鐵碳合金圖溫度含碳量723℃1534℃900℃1147℃0.82.064.36.67奧氏體鐵+珠珠+滲奧+滲鐵+奧液體液+奧液+滲滲+萊奧+滲+萊珠+滲+萊滲+萊鐵珠光體萊氏體9第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二3.1.1壓力容器常用鋼材一、鋼材形狀主要是板、管材和鍛件（棒、絲、鑄件）（1）鋼板殼體、封頭、板狀構(gòu)件等下料、卷板、沖壓、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：GB3531低溫壓力容器用低合金鋼鋼板GB6654壓力容器用鋼板10第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二（2）鋼管接管、換熱管等無縫鋼管、直縫鋼管和螺旋焊縫鋼管下料、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：主要類型：加工要求:性能要求：請(qǐng)比較各類鋼管的優(yōu)缺點(diǎn)11第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二（3）鍛件高壓容器的平蓋、端部法蘭與長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭等

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)級(jí)別。級(jí)別越高，要求檢驗(yàn)項(xiàng)目越多，越嚴(yán)格，價(jià)格越高。主要用途：分級(jí)：僅需硬度檢測(cè)逐件超探、拉伸、沖擊試驗(yàn)筒形、環(huán)形、餅形、碗形、長(zhǎng)頸法蘭鍛件、條形、矩形12第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二二、鋼板13第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二1、碳素鋼板含碳量小于2.06％的鐵碳合金，含有少量的硫、磷、銅、氧、氮，以及硅、錳、鋁等元素。a.鋼號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼壓力容器專用鋼板Q235-B、Q235-C鋼板20R（R表示壓力容器專用鋼板）GB6654-1996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。20R的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合：GB912δ4mmGB3274δ>4mmp≤1.6MPa;t=0~350℃,δ≤20mm(殼體)，高毒勿用10、20鋼鋼管；

20、35鋼鍛件。14第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二2、低合金鋼板◆是一種低碳低合金鋼，合金元素含量較少（總量一般不超過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。特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)◆采用低合金鋼，不僅可以減薄容器的壁厚，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的各種困難。15第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二壓力容器常用低合金鋼：16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR;07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR16Mn、09MnD;16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、2.25Cr-1Mo。（D表示低溫用鋼）鋼板鋼管鍛件16第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二低合金鋼板（GB6654）鋼號(hào)生產(chǎn)情況使用情況備注16MnRδ=6-120mm多家生產(chǎn)大量采用-20~475℃σs=275~285MPa13MnNiMoNbR舞陽重點(diǎn)產(chǎn)品理想的單層厚板用鋼板-20~475℃σs=380~390MPa德國(guó)BHV35改進(jìn)而成07MnCrMoVR武鋼：寬2600mm鞍山：寬3400mm球罐用鋼三峽閘門日本CF-62鋼改進(jìn)而成，強(qiáng)度高，可焊性好，σs=490MPa18MnMoNbR盡量不用15MnVR已不普遍使用價(jià)格、生產(chǎn)、性能有問題15MnVNR已取消不用15MnNbR新增鋼種，相當(dāng)日本SPV355σs≥350MPa，克服了16MnR兩大缺點(diǎn)：強(qiáng)度隨板厚增大而迅速減??；用于球罐強(qiáng)度不夠17第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二3低溫用鋼板鋼號(hào)生產(chǎn)情況使用情況備注16MnDR重慶、武漢、舞陽、浦東四家大量使用-40~100℃σs=255~315MPa09MnNiDR武鋼、舞陽丙烯、硫化氫（L）儲(chǔ)罐-70℃~07MnNiCrMoVDR已有多家生產(chǎn)乙烯低溫球罐-40℃~490MPa15MnNiDR盡量少用09Mn2VDR已取消作為低溫容器用鋼18第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二4中溫抗氫鋼板鋼號(hào)生產(chǎn)情況使用情況備注15CrMoR武漢、舞陽、重慶已得到較廣泛使用GB150-98GB6624-199655014Cr1MoR已有10年歷史GB150-98A2.312Cr2Mo1R已有10年歷史GB150-98附錄H19第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二應(yīng)用介紹1、16MnR◆屈服點(diǎn)為340MPa級(jí)的壓力容器專用鋼板◆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20第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二應(yīng)用介紹2、16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR◆低溫壓力容器用鋼，工作在-20℃及更低溫度的壓力容器專用鋼板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21第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二應(yīng)用介紹3、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560℃的壓力容器22第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二應(yīng)用介紹4、20MnMo、09MnNiD、2.25Cr-1Mo鍛件20MnMo常制造使用溫度為-40～470℃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-40～45℃的低溫容器較高的熱強(qiáng)性、抗氧化性和良好的焊接性能常制造高溫（350～480℃）、高壓（～25MPa）、臨氫壓力容器

2.25Cr-1Mo23第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二5不銹鋼板----高合金鋼板（GB150-98）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生產(chǎn)單位：太原、浦東24第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二（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25第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二（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)力腐蝕開裂。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)中耐腐蝕性亦佳具有較高的抗晶間腐蝕能力，可在-196℃～600℃溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。(321)0Cr18Ni10Ti為超低碳不銹鋼，具有更好的耐蝕性。(304L)00Cr19Ni10（相當(dāng)于SUS304）（相當(dāng)于SUS304L，但比304L更好：加Ti提高了抗蝕性能，節(jié)約Ni）26第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二（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27第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二不銹鋼復(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1/10~1/3。復(fù)合板應(yīng)用特點(diǎn)：①用復(fù)合板制造耐腐蝕壓力容器，可大量節(jié)省貴重金屬，從而降低壓力容器的制造成本。②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。GB150-98采用：復(fù)合界面剪切強(qiáng)度不小于200MPa的復(fù)合板。標(biāo)準(zhǔn)：GB8165軋制法生產(chǎn)復(fù)合板；JB4733爆炸法生產(chǎn)復(fù)合板生產(chǎn)單位：四川宜賓6不銹鋼復(fù)合鋼板28第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二三、鋼管標(biāo)準(zhǔn)：GB8163流體管

GB8162結(jié)構(gòu)管GB150-98鋼號(hào)：10、20G、16Mn、09MnD（江陰興澄）四、鍛件●標(biāo)準(zhǔn)：JB4726~JB4728-2000（為GB150-98采用）。使用：低溫、高溫、高壓場(chǎng)合優(yōu)點(diǎn)：熱加工性能和焊接性能良好。29第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二

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)。五、焊接材料30第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二3.1.2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31第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二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。退火狀態(tài)下使用1、銅及其合金特性：尚無專門標(biāo)準(zhǔn)《容規(guī)》第17、18條，GB151-1999有相關(guān)內(nèi)容32第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二2、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-269~200℃；壓力范圍為p≤8MPa◆有良好的成型和焊接性能。應(yīng)用：可用來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)備標(biāo)準(zhǔn)：JB4734《鋁制鋼制焊接容器》，《容規(guī)》17、18條33第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二3、鎳及鎳合金特性：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℃。如蒙乃爾合金（一種鎳銅合金）應(yīng)用：由于價(jià)格高，一般只用于制造特殊要求的壓力容器。標(biāo)準(zhǔn)：JB4741-474《壓力容器鎳銅合金管板鍛件》、

《壓力容器用鎳銅合金》、《容規(guī)》17、21條34第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二4、鈦及鈦合金特性：◆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℃以內(nèi)。應(yīng)用：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。標(biāo)準(zhǔn)：JB4745《鈦制焊接容器》《容規(guī)》17、19條：退火狀態(tài)下使用，純鈦板的使用溫度不高于230℃，鈦合金不高于250

℃。35第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二二、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)度較低(除玻璃鋼外)。36第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二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37第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二1、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。38第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二熱固性塑料熱塑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39第三十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二3、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，被用來制造塔、貯槽、反應(yīng)器和管件。40第四十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二5、搪瓷◆搪瓷設(shè)備是由含硅量高的瓷釉通過9000C左右的高溫鍛燒，使瓷釉密著于金屬胎表面而制成的?！羲哂袃?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。41第四十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二▲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42第四十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期二討論

1、是否可以使用國(guó)外壓力容器材料？

可以，但國(guó)外應(yīng)有使用實(shí)