共70頁1第三章壓力容器用材

以及環(huán)境和時間對其材料性能的影響共70頁2應力分析是壓力容器選材和確定結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)，但僅靠應力分析來確保其安全還是不夠。決定壓力容器安全性的內(nèi)在因素是材料的狀態(tài)和性能，外在因素是載荷、時間和環(huán)境條件。共70頁3壓力容器設計正確的設計計算（包括強度、剛度和穩(wěn)定性）計算，將力學響應限制在材料的許用范圍內(nèi)。合理的材料選擇時間、環(huán)境的劣化作用（充分考慮）共70頁4共70頁5共70頁6共70頁7●3.1壓力容器材料3.1.1壓力容器常用鋼材（掌握）3.1.2有色金屬和非金屬（掌握）●3.2壓力容器制造工藝對鋼材性能的影響3.2.1塑性變形（熟悉）3.2.2焊接（掌握）本章主要內(nèi)容3.2.3熱處理（熟悉）共70頁8●3.4壓力容器材料選擇3.4.1壓力容器用鋼的基本要求（掌握）3.4.2壓力容器鋼材的選擇（熟悉）●3.3環(huán)境對壓力容器用鋼性能的影響3.3.1溫度（熟悉）3.3.2介質(zhì)（熟悉）3.3.3加載速率（熟悉）共70頁93.1

壓力容器材料3.1.1壓力容器常用鋼材3.1.2有色金屬和非金屬共70頁103.1.1壓力容器常用鋼材一、鋼材形狀主要是板、管材和鍛件（對壓力容器用鋼）（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壓力容器用鋼板壓力容器最常用的材料確定制作某個設備或產(chǎn)品所需的材料形狀、數(shù)量或質(zhì)量后，從整個或整批材料中取下一定形狀、數(shù)量或質(zhì)量的材料的操作過程。

將材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu),來控制其性能的一種綜合工藝過程。

沖壓是借助于常規(guī)或?qū)Ｓ脹_壓設備的動力，使板料在模具里直接受到變形力并進行變形，從而獲得一定形狀,尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。

共70頁11（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：共70頁12（3）鍛件高壓容器的平蓋、端部法蘭與長頸對焊法蘭等Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個級別。級別越高，要求檢驗項目越多，越嚴格，價格越高。主要用途：分級：例如：I級鍛件只需逐件檢驗硬度Ⅳ級鍛件要逐件進行超聲檢測，并進行拉伸和沖擊試驗共70頁13二、鋼材類型碳素鋼低合金鋼高合金鋼（按化學成分分類）含碳量小于2.06%的鐵碳合金，含有少量的硫、磷、硅氧、氮等元素鋼中除了硅錳硫磷等常存雜質(zhì)之外，還有一些專門加入的某些元素，如鉻鉬鎢釩鈦等，使其具有一定的特殊性能共70頁141、碳素鋼壓力容器用鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼壓力容器專用鋼板Q235-B、Q235-C鋼板；

10、20鋼鋼管；

20、35鋼鍛件。20R（R表示壓力容器專用鋼板）強度低，塑性和可焊性較好價格低廉；常用于常壓或中、低壓容器；也做墊板、支座等零部件材料。20R的特點和應用場合：20R是在20號鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要是對硫、磷等有害元素的控制更加嚴格，對鋼材表面質(zhì)量和內(nèi)部缺陷的要求也較高10號鋼表示平均含碳量低于0.10%的碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服點為235Mpa的結(jié)構(gòu)鋼，AB代表等級共70頁152、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3%），具有優(yōu)良的綜合力學性能，其強度、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。特點及優(yōu)點◆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、運輸、安裝中因壁厚太厚所帶來的各種困難。共70頁16壓力容器常用低合金鋼：16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR;07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR16Mn、09MnD;16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD（D表示低溫用鋼）鋼板鋼管鍛件碳含量為0.16%，Mn平均含量小于1.5%鋼號中位于漢字或化學符號前的數(shù)字，表示含碳量的萬分之幾，如果含碳量大于1.0%，含碳量不予標出。位于漢字或化學符號后的數(shù)字是合金元素平均含量的百分之幾，若平均含量低于1.5%，不予標出其含量共70頁17應用介紹1、16MnR◆屈服點為345MPa級的壓力容器專用鋼板◆是我國壓力容器行業(yè)使用量最大的鋼板◆具有良好的綜合力學性能、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鋼材或試樣在拉伸時，當應力超過彈性極限，即使應力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應力值即為屈服點。

共70頁18應用介紹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℃的鋼種液氨儲罐等設備（降低碳含量，并加鎳）15MnNiDR提高了低溫韌性-40℃級低溫球形容器09MnNiDR-70℃級低溫壓力容器用鋼用于制造液丙烯（-47.7℃）、液硫化氫（-61℃）等設備共70頁19應用介紹3、15CrMoR◆低合金珠光體熱強鋼◆中溫抗氫鋼板◆用于制造壁溫不超過560℃的壓力容器共70頁20應用介紹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℃的低溫容器共70頁213、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共70頁22（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酸中有一定的耐腐蝕性共70頁23（2）鉻鎳鋼0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10這三種鋼均屬于奧氏體不銹鋼。但長期在水及蒸汽中工作時，0Cr18Ni9有晶間腐蝕傾向，并且在氯化物溶液中易發(fā)生應力腐蝕開裂。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)長期使用。0Cr18Ni10Ti為超低碳不銹鋼，具有更好的耐蝕性。00Cr19Ni10沿著材料晶粒間界先行發(fā)生腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的局部破壞

金屬材料在應力（拉應力）和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，經(jīng)過一定時間后出現(xiàn)低于材料強度極限的脆性開裂現(xiàn)象，致使金屬材料失效

共70頁24（3）鉻鎳鉬鋼：耐應力腐蝕、小孔腐蝕的性能良好，適用于制造介質(zhì)中含氯離子的設備。00Cr18Ni5Mo3Si2是奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼指金屬表面微小區(qū)域因氧化膜破損或析出相和夾雜物剝落，引起該處電極電位降低而出現(xiàn)小孔并向深度發(fā)展的現(xiàn)象，又稱點蝕。

共70頁25復合板基層：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。復合板應用特點：①用復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，從而降低壓力容器的制造成本。②復合板的焊接比一般鋼板復雜，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合板。共70頁26

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。一般應根據(jù)待連接件的化學成分、力學性能、焊接性能，結(jié)合壓力容器的結(jié)構(gòu)特點和使用條件綜合考慮選用焊接材料，必要時還應通過試驗確定。壓力容器用鋼的焊接材料可參閱有關(guān)標準。焊接材料：共70頁2764種有色金屬3種黑色金屬3.1.2有色金屬和非金屬共70頁28共70頁293.1.2有色金屬和非金屬一、有色金屬使用狀態(tài)：

在退火狀態(tài)下的強度比較穩(wěn)定，一般都在退火狀態(tài)下使用，選用時應注意選擇同類有色金屬中的合適牌號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將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點，保溫一定時間，隨后在爐中或埋入導熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝共70頁30共70頁31▲

汽車制造業(yè)中鋁合金、鎂合金的使用量越來越多。共70頁32共70頁33

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，是制造深冷設備的良好材料。1、銅及其合金特性：共70頁34濕法冶銅廠電解銅車間臥式煉銅轉(zhuǎn)爐共70頁35純銅塊1、銅及其合金共70頁36各種銅及銅合金制件共70頁37紫銅盤管純銅呈紫紅色，所以又稱紫銅，但紫銅不一定是純銅，有時加入少量脫氧元素或其他元素以改善材質(zhì)和性能。紫銅的電導率和熱導率僅次于銀，廣泛用于導電、導熱器材。紫銅波紋管紫銅共70頁38鉛黃銅黃銅接件銅與鋅組成的合金叫黃銅。黃銅鑄造性能好，機械強度比純銅高，價格便宜，耐腐蝕性也高于純銅，但在中性、弱酸性介質(zhì)中，因鋅易溶解而被腐蝕。有時黃銅中也加入錫、鉛、鋁、硅、鐵、錳、鎳等元素構(gòu)成“復雜黃銅”。比如錫黃銅在海水和淡水中均耐腐蝕，有“海軍黃銅”之稱。黃銅共70頁39黃銅接件黃銅閥門共70頁40以鎳為主要合金元素的銅基合金稱為白銅，大多數(shù)呈銀白色。白銅按用途可分為結(jié)構(gòu)白銅和精密電阻合金用白銅。它是工業(yè)銅合金中耐腐蝕性能最優(yōu)者，抗沖擊腐蝕、應力腐蝕性能也最好，是海水冷凝管的理想材料。也可用于制作電阻元件、熱電偶材料和補償導線。白銅白銅產(chǎn)品白銅線白銅共70頁41司母戊鼎除黃銅、白銅外，其余的銅合金統(tǒng)稱為青銅。其在大氣、海水和無機鹽類溶液中有極好的耐腐蝕性同時還有較高的耐磨性；廣泛應用于制造蒸汽鍋爐、海船的零部件，還常用來制造軸承、軸瓦等耐磨零件。青銅青銅泵體共70頁42壓力表用青銅管青銅制船用閥門共70頁432、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℃；◆有良好的成型和焊接性能。應用：可用來制作壓力較低的貯罐、塔、熱交換器，防止污染產(chǎn)品的設備及深冷設備是一種在某種給定載荷下,材料產(chǎn)生永久變形的材料特性

指當承受應力時對折斷的抵抗

共70頁44鋁制儲罐2、鋁及其合金共70頁45吸附過濾器2、鋁及其合金共70頁46鋁塑管鋁塑復合管結(jié)構(gòu)2、鋁及其合金共70頁47LED日關(guān)燈鋁塑管2、鋁及其合金共70頁482、鋁及其合金鋁合金窗戶鋁合金高壓氣瓶共70頁493、鎳及鎳合金特性：在強腐蝕介質(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度，最高使用溫度可達900℃。應用：由于價格高，一般只用于制造特殊要求的壓力容器。共70頁503、鎳及鎳合金共70頁513、鎳及鎳合金共70頁524、鈦及鈦合金特性：◆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；◆具有密度小（=4510kg/m3）、強度高（相當于20R）、低溫性能好、粘附力小等優(yōu)點；◆但單位質(zhì)量價格高，比一般鋼材高20倍左右；◆使用溫度僅限于350℃以內(nèi)。應用：在介質(zhì)腐蝕性強、壽命長的設備中應用，可獲得較好的綜合經(jīng)濟效果。共70頁53在鈦中添加錳、鋁或鉻、釩等金屬元素，能獲得性能優(yōu)異的鈦合金，如鈦鈀合金、鈦鎳鉬合金等。其中鎳鈦合金是發(fā)展中的形狀記憶合金。鈦還是一種很好的耐熱材料。但鈦及其合金的焊接性能較差，價格比較昂貴。鈦棒4、鈦及鈦合金共70頁54鈦制螺絲4、鈦及鈦合金共70頁554、鈦及鈦合金鈦管式蒸發(fā)器鈦管換熱器共70頁56美國空軍F-22A戰(zhàn)機機體材料中有41%使用了鈦合金4、鈦及鈦合金共70頁57按五角大樓計劃，美國將生產(chǎn)3002架F-35戰(zhàn)機，總計需要鈦合金1.4萬噸4、鈦及鈦合金共70頁58二、非金屬材料用途：它既可以單獨用作結(jié)構(gòu)材料，也可用作金屬材料保護襯里或涂層,還可以用作設備的密封材料、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，還應有足夠的強度，好的熱穩(wěn)定性，良好的加工制造性能。缺點：大多數(shù)材料耐熱性不高，對溫度波動比較敏感，與金屬相比強度較低(除玻璃鋼外)。共70頁59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橡膠共70頁601、涂料涂料是一種有機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韌的薄膜，起耐腐蝕和保護作用。共70頁611、涂料共70頁62共70頁63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、工程塑料化學名稱：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料共70頁64

塑料具有密度小，比強度大，電絕緣性好，和易加工變形等優(yōu)點；但也具有不耐高溫，強度差易變形，熱膨脹系數(shù)大，導熱差，易老化等缺點。它可作為結(jié)構(gòu)材料，耐蝕襯里材料，絕緣材料等使用；亦可作為多種型材（如管，板，棒，膜）以及各類制品（如泵，閥，塔，槽）。共70頁65共70頁663、不透性石墨

具有良好的化學穩(wěn)定性、導電性和導熱性是由各種樹脂浸漬石墨消除孔隙而得到的。常用于制作腐蝕性強的介質(zhì)的換熱器，反應釜，填料塔，吸收塔，冷卻塔和過濾器等。

共70頁674、陶瓷

具有良好的耐腐蝕性能，且有一定的強度，被用來制造塔、貯槽、反應器和管件?；ぬ沾删哂辛己玫哪透g性能，足夠的不透性，充分的耐熱性