压力容器设计-压力容器材料及环境.ppt

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1、第3章 压力容器材料及环境 和时间对其性能的影响,1、材料是制造压力容器的基础，正确选用压力容器材料 是保证压力容器长期安全运行的基本条件。,2、压力容器的应力分析可以为选材提供最基本的依据和要求，同时，选择材料时还应考虑容器工作时的环境、介质及其它具体条件的要求。,3、不同的材料具有不同的化学成分、力学性能和使用条件，选择材料最基本的要求是能够保证压力容器安全工作，同时做到经济、适用。,本章主要内容,压力容器常用材料 加工工艺和环境对材料性能的影响,压力容器选材的基本原则,钢材类型,（1）钢板应具有良好的强度、塑性、韧性、焊接、热处理性能等，以满足切削、弯卷、焊接、热处理等过程的要求。,3-

2、1 压力容器材料,（3）钢板必须按规定的限制条件使用，如设计压力、设计温度、厚度、介质限制、冶炼方法等。,（4）制造压力容器的钢板必须有符合相应国家标准或行业标准规定的、内容齐全的质量证明书。,（2）必须用规定的钢板制造压力容器规定允许用于制造压力容器的钢板有两类：压力容器专用钢板，如16MnR、20R等可用于制造压力容器的非容器专用钢板，如普通碳素钢中的Q235-A、Q235-B，优质碳素钢中的10、15、20、35、45、20g等。,压力容器用钢板,低温压力容器用低合金钢钢板,2、钢管,用于过程设备较高压力的流体输送，材料通常为10、20号钢。,l根据用途和材质，有多个无缝钢管标准，对所使

3、用的无缝钢管，应 注明属于哪个标准。过程设备常用无缝钢管标准：GB8163-87输送流体用无缝钢管 GB9948-88石油裂化用无缝钢管 GB6479-86化肥设备用高压无缝钢管 l钢管使用时要用法兰、管件、阀门等连接，相连接的两个构件必须具有相同的公称直径（DN）。eg：DN200的钢管和法兰连接，钢管外径219，法兰内直径220。,（2）焊接钢管 输送水、煤气、空气、取暖蒸汽等较低压力的流体（p0.6Mpa）,材料可用Q235制造。,3、锻件,（1）根据锻件检验项目和数量的不同，锻件分为、四个级别。,（2）需焊接的碳钢锻件，材料用20号钢，不需焊接的碳钢锻件，材料用35或45号钢。,（3）

4、压力容器上使用的锻件不得低于级，若锻件截面尺寸大于300mm，或容器盛装高度或极度危害介质，且锻件截面尺寸达50mm时，级别不得低于级。,4、圆钢、型钢,用于制作支承件、加强圈等，圆钢还可用于制作小尺寸的紧固件。圆钢材料为Q235-A、20、35号钢等，型钢材料多为Q235-A。,钢材类型,按化学成分，压力容器用钢分为三类：1、碳素钢（C%2.06%）,普通碳素钢的Q235系列钢板和优质碳素钢均可用于制作压力容器,2、低合金钢,在优质碳素钢的基础上，加入一种或多种合金元素（合金元素总含量在3%以下），以提高钢的强度和改善综合性能。低合金钢是目前制造压力容器的主要钢材，其强度、韧性、耐腐蚀性等均

5、优于相同含碳量的碳素钢，能够减轻装备的重量，可节省钢材1/32/3。,GB1501998钢制压力容器推荐适用的低合金钢板有：16MnR、15MnVR、15MnVNR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR。,其中16MnR是s340Mpa级的普通低合金高强度钢，具有优良的力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性，是中国压力容器专用钢板中用量最大的钢种。,3、高合金钢（合金元素总含量大于10%）,主要有铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢等，如0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti等，主要用于耐腐蚀和耐高温等特殊场合，如不锈钢、耐热钢等。,*不锈钢中的主要元素是Cr、

6、Ni、Mo、Ti，其中Cr、Ni含量较高。*不锈钢的耐蚀性主要来源于Cr，实验证明，只有当Cr的含量大于12%时钢的耐蚀性才会大幅度地提高，所以不锈钢中Cr的含量均不低于12%。Ni可以扩大不锈钢的耐蚀范围，特别是提高抗碱腐蚀的能力。Mo能提高不锈钢抗氯离子腐蚀的能力，并提高钢的耐热强度。Ti是为防止焊接用不锈钢发生晶间腐蚀而加入的元素。,复合钢板及其应用,复合钢板,基层碳素钢或低合金钢,复层不锈钢或有色金属等,有色金属和非金属,非金属材料的优点：资源丰富、耐蚀性好、品种多、价格便宜。缺点：机械强度较低，耐热性不好，对温度波动比较敏感。,非金属材料通常用于承压不高的结构材料、金属保护村里或涂层

7、、密封材料、保温材料、耐火材料等。,3-2 制造工艺对钢材性能的影响,一、塑性变形,1、冷、热加工,2、应变硬化（加工硬化）,3、各向异性,4、应变时效,二、焊接对钢材性能的影响,杂质偏析在焊缝区形成焊接热裂纹,2、焊接应力与变形,3、减小焊接应力与变形的措施 合理的焊接接头设计 焊接接头形式、焊接坡口设计、焊缝的间距和位置布置等 焊接方法和焊接工艺 焊前预热和焊后热处理,三、热处理对钢材性能的影响,1、消除残余应力,2、改善组织结构和力学性能,工程材料,3-3 环境对压力容器用钢性能的影响,温度,材料的低温脆化,一、温度,高温下钢的特点,蠕变温度碳素钢：420C低合金钢：400500 C,蠕

8、变结果 蠕变脆化、应力松弛 蠕变变形、蠕变断裂,蠕变,高温下材料性能的劣化,珠光体球化,石墨化,氢腐蚀和氢脆,回火脆化,*不能采用平均腐蚀速率来评价材料耐局部腐蚀的能力，应采用防腐材料及相应的防护措施。,1、腐蚀的类型（按腐蚀机理）全面腐蚀 局部腐蚀 晶间腐蚀 小孔腐蚀 缝隙腐蚀 应力腐蚀,二、介质,3-4 压力容器材料选择,一、压力容器用钢的基本要求,1、化学成分（C、P、S等）,2、力学性能（强度、刚度、塑性、韧性等）,3、制造工艺性能（机加工性能、压力加工性能、焊接性能、铸造性能、热处理性能等）,二、压力容器钢材的选择原则 1、材料的使用性能分析构件的工作条件（P、t、介质等），确定构件

9、应具有的使用性能（强度、刚度、塑性、韧性等）。通过失效分析，确定构件的主要使用性能。从构件主要使用性能要求出发，提出对材料使用性能的要求。2、材料的加工工艺性能 3、材料的经济性 4、材料的选择应符合规范标准的要求,又称紫铜，具有较高的导电性、导热性和良好的塑性。,纯铜,特点,低温下能保持较高的塑性和冲击韧性，是制造深冷设备的良好材料。,耐蚀性,在没有氧存在的情况下，在许多非氧化性酸中比较耐腐蚀。在氨和铵盐溶液中，当有氧存在时，由于生成可溶性的络离子，故不耐蚀。所以在氨生产中使用的仪表、泵、阀门等均不能用铜制造。铜在大气、水、中性盐及苛性碱中均相当稳定，但在氯、溴、二氧化硫、硫化氢等气体及潮湿大气中将会受到腐蚀。,密度小、强度高。工作温度范围宽，可在-196-350范围内使用。钛是具有强烈钝化倾向的金属，在氧化性和中性介质中具有优良的耐蚀性，特别是钛不发生晶间腐蚀的特点。,纯钛,特点,