第二章高压容器

1、工程上： 10 MPa P设 100 MPa 高压容器 100 MPa以上 超高压容器 一般属于三类容器本章专门介绍其特殊的结构和设计方法军事工业：军事工业：炮筒、核动力装置化学和石油化工：化学和石油化工：合成氨、合成甲醇、合成尿素、油类加氢等合成反应的高压反器、高压缓冲与贮存容器。电力工业：电力工业：核反应堆，水压机的蓄力器发展现状：发展现状：直径4.5米，壁厚280毫米，重约1000吨, 压力2000MPa高压容器设计与制造技术发展的核心问题： 既要随着生产的发展能制造出大壁厚的容器 又要设法尽量减小壁厚以方便制造。高压容器特点： 1 结构细长(长径比可达28) 2 采用平盖或球形封头 3

2、 密封结构特殊多样(多种自紧式密封) 4 高压筒身限制开孔筒体与封头的特殊要求：1) 强度与韧性 为了提高材料强度以减少壁厚，一般采用 低合金钢，如16MnR、15MnVR和18MnMoNBR。 同时为了保证韧性，加入少量（2%）Ni和Cr， 并控制P和S含量0.004%筒体与封头的特殊要求：筒体与封头的特殊要求：2) 制造工艺性能l具有良好的焊接性能包括可焊性、吸气性、抗热裂与冷裂倾向、抗晶粒粗大倾向等、l具有良好的可锻性筒体与封头的特殊要求： 3) 其他要求l耐腐蚀性l原材料检验要求较高l耐高温性能：高温下有较高强度，抗珠光体球化与石墨化能力较强（一）整体锻造式：直径300800mm，长度

3、15是很困难的，强度愈高对5的要求愈不能过高。l从使用安全角度仍应对5提出要求，但目前尚无统一的最低要求，l一般国内外锻造的单层超高压容器要求 ；5为10一15。l事实上b在2000MPa左右的钢能保证的5 还不到10。 二、超高压容器的材料(三) 韧性要求l钢材的韧性是保证超高压容器安全性的极重要的性能，绝不低于对强度与塑性的要求。l尤其是超高强度钢对微缺陷非常敏感，特别是应力集中区再存在微缺陷(如裂纹，或由夹杂物在交变应力下引发的微裂纹)特别容易导致低应力脆断。l超高压容器用钢往往从两个方面提出韧性要求，一是冲击韧性，另一是断裂韧性。l冲击韧性应采用V形缺口夏比冲击试验来获得，用冲击吸收功

4、值AKV来衡量材料的冲击韧性。 l断裂韧性在ASME3中是作为附加要求提出的。在设计时就对钢材提出这一要求，意在考虑万一有宏观裂纹性缺陷存在而又要保证结构的完整性，即不发生低应力脆断，则必须保证材料有足够的断裂韧性。二、超高压容器的材料(四) 对钢的化学成分及冶炼的要求l超高压容器用钢冶炼时除按规定的强化与韧化合金元素成分要求进行严格控制以外，最重要的应是对钢中有害杂质元素(特别是磷硫)、有害微量元素(砷、锡、锑、铅、铋等)和含气(氧、氢、氮)量的控制。l这对于提高钢的韧性、横向性能以及防止疲劳破坏的性能有显著影响。l磷与硫的存在会在钢中形成多种夹杂物，这些微缺陷愈多愈大，钢的冲击韧性和断裂韧

5、性值将愈低，而且钢的冷脆转变温度会提高，横向性能也比纵向性能更低。l在交变载荷作用下夹杂物将是钢材内部引发疲劳裂纹的重要发源地，夹杂物愈小愈少，则诱发疲劳裂纹的机会愈少，疲劳寿命愈长。 二、超高压容器的材料(五) 超高压容器钢的热处理l特高或超高强度钢应充分体现强度高的优势，同时又要顾及钢的塑性与韧性，尤其是韧性。l都要进行调质热处理，以得到优良的综合性能。调质时首先进行淬火，可以得到足够的马氏体，强度显著升高，但塑性与韧性差，并存在很大内应力，必须再进行回火处理。l不同的回火温度可以得到不同的效果。200多度()的低温回火仍可保持较高的强度，塑性与韧性的变化也不大。500600C的高温回火虽

6、可提高塑性与韧性，但强度损失过于明显。中温回火介于其中。因此回火温度的确定十分关键。l中低合金含量的超高强度钢一般多采用低温回火，可以得到较高的强度，而韧性与塑性也可以得到较为满意的保证。 二、超高压容器的材料(五) 超高压容器钢的热处理 对于中低合金的超高强度钢，近年来也有采用一些新的热处理工艺以发挥强度优势和提高韧性与塑性。例如：l控制热处理的气氛和真空热处理；l形变热处理，即淬火后使钢材发生低温塑性变形再强化，然后再回火，抗拉强度可提高3一10，而韧性与塑性提高更多；l超高温淬火，例如AISl4340钢的淬火温度从870C提高到1200C，得到板条状的低碳马氏体，再作200oC的低温回火，断裂韧性值可提高1倍，屈服强度也明显提高。l超细晶粒淬火，通过多次加热冷却循环相变快速淬火，发生多次铁素体一奥氏体+铁素体相变循环，形核率大大增加，最后得到极细微的晶粒组织，使强度与韧性都大大提高。 二、超高压容器的材料(五) 超高压容器钢的热处理 调质中淬火的尺寸效应必须