压力容器用材

1、1压力容器用材压力容器用材主主 讲讲 人：尚人：尚 巍巍联系电话：联系电话自 治治 区区 特特 检检 院院2压力容器用材压力容器用材压力容器用材料存在的风险压力容器用材料存在的风险压力容器用钢的基本知识压力容器用钢的基本知识钢材的主要力学性能钢材的主要力学性能3第一节第一节 压力容器用材料存在的风险压力容器用材料存在的风险压力容器用材料先天存在缺陷或后天使用的危险是多种多压力容器用材料先天存在缺陷或后天使用的危险是多种多样的，如选材不合理，会直接影响压力容器的安全使用情样的，如选材不合理，会直接影响压力容器的安全使用情况，其风险性主要包括如下几方面：况，其风险性主要包

2、括如下几方面：1、材料本身与容器内介质不匹配。、材料本身与容器内介质不匹配。2、材料本身存在缺陷。、材料本身存在缺陷。3、材料用错。、材料用错。4、材料在使用中发生脆化现象。、材料在使用中发生脆化现象。5、材料在使用中发生腐蚀。、材料在使用中发生腐蚀。4第二节第二节 钢的基础知识钢的基础知识: :1.11.1机械性能机械性能：指在一定温度和外力作用条件下，抵抗变：指在一定温度和外力作用条件下，抵抗变形和断裂的能力，包括：强度、塑性、韧性和硬度等；形和断裂的能力，包括：强度、塑性、韧性和硬度等；1.1.11.1.1强度强度屈服强度：材料抵抗微小塑性变形的能力。屈服强度：材料抵抗微小塑性变形的能力

3、。0.20.2表示产生表示产生0.2%0.2%微小塑性变形时的应力称条件屈服强度。微小塑性变形时的应力称条件屈服强度。抗拉强度：材料抵抗外力破坏作用的最大能力。抗拉强度：材料抵抗外力破坏作用的最大能力。屈服比：表示从变形到断裂的塑性储备，屈服比越高，储屈服比：表示从变形到断裂的塑性储备，屈服比越高，储备越小，一般普通碳素钢备越小，一般普通碳素钢0.60.6左右、低合金钢左右、低合金钢0.650.650.750.75、合金结构钢合金结构钢0.850.85。5拉伸试棒拉伸试棒6拉伸曲线图拉伸曲线图7压力容器用材压力容器用材1.1.21.1.2塑性：表示材料在受力条件下塑性变形能力，用延塑性：表示材

4、料在受力条件下塑性变形能力，用延伸率（伸率（55）和断面收缩率（）和断面收缩率（）表示。）表示。延伸率：试样在拉断后的总伸长量与试样原长比值的百分延伸率：试样在拉断后的总伸长量与试样原长比值的百分率，表明钢材被拉断时的拉长程度率，表明钢材被拉断时的拉长程度断面收缩率：断面收缩率：试样在拉断后断口面积的缩小同原断面面积试样在拉断后断口面积的缩小同原断面面积之比值的百分率，表明钢材补拉断时拉细的程度。之比值的百分率，表明钢材补拉断时拉细的程度。 =（L-LL-L0 0）/L/L0 0100% 5 5：试样标距长度为试样直径的：试样标距长度为试样直径的5 5倍；倍； 1010：试样标距长度为试样直径

5、的：试样标距长度为试样直径的1010倍；倍； =（F F0 0-F-Fk k）/F/F0 0100% F Fk k：缩颈处最大缩减横截面积。：缩颈处最大缩减横截面积。8弹性：钢材在外力作用下产生变形，一旦外力除弹性：钢材在外力作用下产生变形，一旦外力除去，仍能恢复原状的性质去，仍能恢复原状的性质变形：构件在力的作用下尺寸或形状发生变化的变形：构件在力的作用下尺寸或形状发生变化的现象。包括弹性变形、现象。包括弹性变形、塑性变形、塑性变形、断裂三种情况。断裂三种情况。弹性变形：构件在外力的作用下发生变形，当外弹性变形：构件在外力的作用下发生变形，当外力撤除后变形完全消失，构件恢复原来的形状，力撤除

6、后变形完全消失，构件恢复原来的形状，这种变形称为弹性变形。这种变形称为弹性变形。塑性变形：塑性变形：构件在外力的作用下发生变形，当外构件在外力的作用下发生变形，当外力撤除后变形不能完全消失，构件不能恢复原来力撤除后变形不能完全消失，构件不能恢复原来的形状，这种变形称为的形状，这种变形称为塑性变形塑性变形9钢材的硬度：钢材抵抗压入物体压陷的能力。钢材的硬度：钢材抵抗压入物体压陷的能力。硬度根据测定仪器的测定方法分为布氏硬度、洛氏硬度、硬度根据测定仪器的测定方法分为布氏硬度、洛氏硬度、肖氏硬度、维氏硬度、显微硬度。肖氏硬度、维氏硬度、显微硬度。HBHB（布）、（布）、HRHR（洛）、（洛）、HVH

7、V（维）；（维）；硬度和强度有一定关系，可用硬度近似估计强度极限。硬度和强度有一定关系，可用硬度近似估计强度极限。 经验公式：退火或正火低碳钢经验公式：退火或正火低碳钢b b0.36HB0.36HB 碳钢及合金钢（碳钢及合金钢（HBHB250250）b b0.34HB0.34HB 调质合金钢（调质合金钢（HBHB250250）b b0.33HB0.33HB硬度是反映材料的弹性、硬度是反映材料的弹性、塑性、塑性、强度和韧性的一种综合性强度和韧性的一种综合性能指标能指标10冲击韧性冲击韧性: :材料在冲击载荷作用下断裂时所材料在冲击载荷作用下断裂时所吸收的功吸收的功, ,用夏比用夏比V V缺口作冲

8、击试验。缺口作冲击试验。常用冲击功常用冲击功A AK K和冲击韧性值和冲击韧性值K K表示表示. .除反映除反映材料的抗冲击性能外，材料的一些缺陷很材料的抗冲击性能外，材料的一些缺陷很敏感，可反映出材料品质、宏观缺陷和显敏感，可反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化，而且对材料的脆微组织方面的微小变化，而且对材料的脆性转变情况十分敏感，低温冲击试验通榆性转变情况十分敏感，低温冲击试验通榆的冷脆性。的冷脆性。11金属的疲劳：钢材在交变载荷的作用下，金属的疲劳：钢材在交变载荷的作用下，在应力值远低于金属的屈服强度极限的情在应力值远低于金属的屈服强度极限的情况下发生断裂现象。况下发生断裂现

9、象。疲劳极限：金属在无数次交变载荷作用下疲劳极限：金属在无数次交变载荷作用下而不致断裂的最大应力。而不致断裂的最大应力。钢的热脆性和冷脆性钢的热脆性和冷脆性12压力容器用材压力容器用材 高温机械性能：持久强度和蠕变极限高温机械性能：持久强度和蠕变极限 持久强度：反映持久强度：反映 材料高温下的断裂性能，在给定材料高温下的断裂性能，在给定的温度下，经过一定工作时间（至少的温度下，经过一定工作时间（至少105105小时），小时），断裂时所承受的最大应力值。断裂时所承受的最大应力值。 蠕变极限：反映材料高温下的变形问题，有两种蠕变极限：反映材料高温下的变形问题，有两种表示方法：表示方法：1 1、在给

10、定温度下，引起规定蠕变速度、在给定温度下，引起规定蠕变速度时的应力值，如时的应力值，如t t1 11010-5-5表示表示tt时，蠕变速度为时，蠕变速度为1 11010-5-5%/h%/h的应力值。的应力值。2 2、在一定温度下，在规定、在一定温度下，在规定使用时间内，使试样发生一定量的总变形时的应使用时间内，使试样发生一定量的总变形时的应力值，如力值，如t t1 110105 5表示表示tt经过经过10105 5小时总变形量为小时总变形量为1%1%时的蠕变极限。时的蠕变极限。131.21.2钢的工艺性能：包括冷、热加工性能和钢的工艺性能：包括冷、热加工性能和焊接性能。焊接性能。 碳当量公式：

11、碳当量公式：C CE E=C+Mn/6+=C+Mn/6+（Cr+Mo+VCr+Mo+V）/5+/5+（Ni+CuNi+Cu）/15/15 依经验：依经验：C CE E0.4%0.4%时，可焊性好，不预热时，可焊性好，不预热 C CE E=0.4=0.40.6%0.6%时，可焊性尚好，时，可焊性尚好，但需适当预热但需适当预热 C CE E0.6%0.6%时，可焊性差，严格工时，可焊性差，严格工艺艺14压力容器用材压力容器用材 容规容规：碳素钢和低合金钢，其含碳量：碳素钢和低合金钢，其含碳量0.25%,0.25%,如超过时，应限定如超过时，应限定 C CE E0.45%0.45%由制由制造单位征得

12、用户同意，并经技术总负责人造单位征得用户同意，并经技术总负责人批准，提供材料抗裂性试验报告和焊接工批准，提供材料抗裂性试验报告和焊接工艺评定报告，并办理相关备案审批手续。艺评定报告，并办理相关备案审批手续。15压力容器用材压力容器用材第二节第二节 钢材的分类钢材的分类2.12.1分类方法分类方法按冶炼方法分：按冶炼方法分： 按炉别：平炉钢、转炉钢、电炉钢按炉别：平炉钢、转炉钢、电炉钢 电炉钢又分：氧气转炉钢和空气转炉钢电炉钢又分：氧气转炉钢和空气转炉钢按脱氧程度、浇注：沸腾钢、镇静钢、半按脱氧程度、浇注：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢镇静钢16按化学方法分：按化学方法分： 碳素钢：工业纯铁（碳含量碳

13、素钢：工业纯铁（碳含量0.04%0.04%）、）、低碳钢（碳含量低碳钢（碳含量0.25%0.25%）、中碳钢（碳含）、中碳钢（碳含量量0.250.250.60%0.60%）、高碳钢（碳含量）、高碳钢（碳含量0.60%0.60%） 合金钢：低合金钢（合金元素总含量合金钢：低合金钢（合金元素总含量5%5%）、中合金钢（合金元素总含量在）、中合金钢（合金元素总含量在5 510%10%之间）、高合金钢（合金元素总含量之间）、高合金钢（合金元素总含量10%10%）17压力容器用材压力容器用材按品质分：按品质分： 普通钢（普通钢（P0.045%P0.045%，S0.055%S0.055%或或P P、S S

14、均均0.05%0.05%）（如甲类、乙类、特类钢）、优）（如甲类、乙类、特类钢）、优质钢（质钢（PP、S S均均0.04%0.04%）（如：）（如：2020号钢）、号钢）、高级优质钢（高级优质钢（P0.035%P0.035%，S0.03%S0.03%）后带）后带“A”A”18按用途和组织分：按用途和组织分：低碳钢：铁素体、低碳贝氏体、马氏体低碳钢：铁素体、低碳贝氏体、马氏体 耐热钢：低合金珠光体型钢、高铬马氏体耐热钢：低合金珠光体型钢、高铬马氏体型钢、奥氏体型钢型钢、奥氏体型钢 低温钢：铁素体型钢、低碳马氏体型钢、低温钢：铁素体型钢、低碳马氏体型钢、奥氏体型钢奥氏体型钢 不锈钢：铁素体型钢、奥

15、氏体型钢、奥氏不锈钢：铁素体型钢、奥氏体型钢、奥氏体铁素体型钢（双相钢）、马氏体型钢体铁素体型钢（双相钢）、马氏体型钢19压力容器用材压力容器用材2.22.2钢中常存杂质对其性能的影响钢中常存杂质对其性能的影响 碳钢中最常存的杂质有锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮等。碳钢中最常存的杂质有锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮等。 锰的影响：锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中，锰有锰的影响：锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中，锰有好的脱氧能力，能清除钢中的好的脱氧能力，能清除钢中的FeOFeO。锰还可与硫形成。锰还可与硫形成MnSMnS减减少硫的有害影响。锰溶于铁素体内使钢的强度、硬度提高，少硫的有害影响。锰溶于铁素

16、体内使钢的强度、硬度提高，其含量其含量0.8%0.8%对钢性能影响不大。对钢性能影响不大。 硅的影响：硅也是作为脱氧剂加入钢中的，其脱氧作用硅的影响：硅也是作为脱氧剂加入钢中的，其脱氧作用比锰强，钢中含比锰强，钢中含0.170.170.37%0.37%的硅对钢的性能影响不大；的硅对钢的性能影响不大； 硫的影响：硫是由矿石和燃料带入的杂质。硫在铁中几硫的影响：硫是由矿石和燃料带入的杂质。硫在铁中几乎不溶解，以乎不溶解，以FeSFeS形式存在，形式存在，FeSFeS与与FeFe形成低溶点共晶体形成低溶点共晶体20压力容器用材压力容器用材 （溶点（溶点985985），热加工时易导致热脆。焊接时热影响

17、区会），热加工时易导致热脆。焊接时热影响区会出现液化裂纹。钢中含硫量过高还会影响低温韧性；出现液化裂纹。钢中含硫量过高还会影响低温韧性； 磷的影响：磷也是由矿石带入钢中，磷能全部溶于铁素磷的影响：磷也是由矿石带入钢中，磷能全部溶于铁素体中，可使强度和硬度提高，塑性韧性均显著下降，尤其体中，可使强度和硬度提高，塑性韧性均显著下降，尤其在低温时更为严重，这种现象称之冷脆性；在低温时更为严重，这种现象称之冷脆性； 氧的影响：氧除部分溶于铁素体中外，另一部分形成氧氧的影响：氧除部分溶于铁素体中外，另一部分形成氧化物存在于钢中，使钢的韧性降低；化物存在于钢中，使钢的韧性降低； 氮的影响：氮主要是增加时效

18、敏感性，使强度增加，韧氮的影响：氮主要是增加时效敏感性，使强度增加，韧性降低；性降低； 氢的影响：钢中溶入氢会引起钢的氢脆和产生白点缺陷，氢的影响：钢中溶入氢会引起钢的氢脆和产生白点缺陷，严重降低钢的塑性和韧性。严重降低钢的塑性和韧性。21压力容器用材压力容器用材压力容器常用钢材介绍压力容器常用钢材介绍碳素钢：指普通低碳钢，生产方便、成本碳素钢：指普通低碳钢，生产方便、成本低、性能良好，但耐腐蚀性较差。低、性能良好，但耐腐蚀性较差。Q235-A Q-Q235-A Q-屈服强度汉语拼音屈服强度汉语拼音 235-235-屈服强度值（屈服强度值（MPaMPa） 质量等级为质量等级为A A级级20R2

19、0R、20g20g优质碳素容器板、锅炉板优质碳素容器板、锅炉板22低合金钢：低合金钢： 是一种低碳结构用钢，其合金元素含量较是一种低碳结构用钢，其合金元素含量较少，但强度比碳钢高得多，具有良好的焊少，但强度比碳钢高得多，具有良好的焊接性能和耐蚀性能，有优良的塑性、比碳接性能和耐蚀性能，有优良的塑性、比碳钢有更低的脆性转变温度。但是工艺较普钢有更低的脆性转变温度。但是工艺较普通碳钢要求严格，特别是焊接工艺。通碳钢要求严格，特别是焊接工艺。 16MnR16MnR、 15MnR15MnR、 16MnVNR16MnVNR、 16MnDR16MnDR、23低温钢：用于制造低温容器的结构专用钢。铁素低温钢

20、：用于制造低温容器的结构专用钢。铁素体型钢、低碳马氏体型钢、奥氏体型钢。体型钢、低碳马氏体型钢、奥氏体型钢。 16MnDR16MnDR不锈钢：包括不锈钢获得不锈耐酸钢。可分为铁不锈钢：包括不锈钢获得不锈耐酸钢。可分为铁素体型钢、奥氏体型钢、奥氏体铁素体型钢（双素体型钢、奥氏体型钢、奥氏体铁素体型钢（双钼钢）、马氏体型钢。含碳量较低，主要合金元钼钢）、马氏体型钢。含碳量较低，主要合金元素是铬和镍。素是铬和镍。0Cr130Cr13、0Cr17Ni0Cr17Ni1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti，由于属高碳级（，由于属高碳级（C0.12%)C0.12%)不锈钢不锈钢, ,抗晶间腐蚀能力较低抗晶间腐蚀能力较低, ,转而用转而用0Cr18Ni9