压力容器导言

共70页1第三章压力容器用材

以及环境和时间对其材料性能的影响共70页2应力分析是压力容器选材和确定结构尺寸的基础，但仅靠应力分析来确保其安全还是不够。决定压力容器安全性的内在因素是材料的状态和性能，外在因素是载荷、时间和环境条件。共70页3压力容器设计正确的设计计算（包括强度、刚度和稳定性）计算，将力学响应限制在材料的许用范围内。合理的材料选择时间、环境的劣化作用（充分考虑）共70页4共70页5共70页6共70页7●3.1压力容器材料3.1.1压力容器常用钢材（掌握）3.1.2有色金属和非金属（掌握）●3.2压力容器制造工艺对钢材性能的影响3.2.1塑性变形（熟悉）3.2.2焊接（掌握）本章主要内容3.2.3热处理（熟悉）共70页8●3.4压力容器材料选择3.4.1压力容器用钢的基本要求（掌握）3.4.2压力容器钢材的选择（熟悉）●3.3环境对压力容器用钢性能的影响3.3.1温度（熟悉）3.3.2介质（熟悉）3.3.3加载速率（熟悉）共70页93.1

压力容器材料3.1.1压力容器常用钢材3.1.2有色金属和非金属共70页103.1.1压力容器常用钢材一、钢材形状主要是板、管材和锻件（对压力容器用钢）（1）钢板壳体、封头、板状构件等下料、卷板、冲压、焊接、热处理较高的强度、良好的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能主要用途：加工要求:性能要求：GB3531低温压力容器用低合金钢钢板GB6654压力容器用钢板压力容器最常用的材料确定制作某个设备或产品所需的材料形状、数量或质量后，从整个或整批材料中取下一定形状、数量或质量的材料的操作过程。

将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构,来控制其性能的一种综合工艺过程。

冲压是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。

共70页11（2）钢管接管、换热管等无缝钢管、直缝钢管和螺旋焊缝钢管下料、焊接、热处理较高的强度、良好的塑性、韧性、焊接性能主要用途：主要类型：加工要求:性能要求：共70页12（3）锻件高压容器的平盖、端部法兰与长颈对焊法兰等Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。级别越高，要求检验项目越多，越严格，价格越高。主要用途：分级：例如：I级锻件只需逐件检验硬度Ⅳ级锻件要逐件进行超声检测，并进行拉伸和冲击试验共70页13二、钢材类型碳素钢低合金钢高合金钢（按化学成分分类）含碳量小于2.06%的铁碳合金，含有少量的硫、磷、硅氧、氮等元素钢中除了硅锰硫磷等常存杂质之外，还有一些专门加入的某些元素，如铬钼钨钒钛等，使其具有一定的特殊性能共70页141、碳素钢压力容器用钢优质碳素结构钢压力容器专用钢板Q235-B、Q235-C钢板；

10、20钢钢管；

20、35钢锻件。20R（R表示压力容器专用钢板）强度低，塑性和可焊性较好价格低廉；常用于常压或中、低压容器；也做垫板、支座等零部件材料。20R的特点和应用场合：20R是在20号钢的基础上发展起来的，主要是对硫、磷等有害元素的控制更加严格，对钢材表面质量和内部缺陷的要求也较高10号钢表示平均含碳量低于0.10%的碳素结构钢屈服点为235Mpa的结构钢，AB代表等级共70页152、低合金钢◆是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超过3%），具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。特点及优点◆采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。共70页16压力容器常用低合金钢：16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR;07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR16Mn、09MnD;16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD（D表示低温用钢）钢板钢管锻件碳含量为0.16%，Mn平均含量小于1.5%钢号中位于汉字或化学符号前的数字，表示含碳量的万分之几，如果含碳量大于1.0%，含碳量不予标出。位于汉字或化学符号后的数字是合金元素平均含量的百分之几，若平均含量低于1.5%，不予标出其含量共70页17应用介绍1、16MnR◆屈服点为345MPa级的压力容器专用钢板◆是我国压力容器行业使用量最大的钢板◆具有良好的综合力学性能、制造工艺性能◆主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。

共70页18应用介绍2、16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR◆低温压力容器用钢，工作在-20℃及更低温度的压力容器专用钢板16MnDR可用于-40℃的钢种液氨储罐等设备（降低碳含量，并加镍）15MnNiDR提高了低温韧性-40℃级低温球形容器09MnNiDR-70℃级低温压力容器用钢用于制造液丙烯（-47.7℃）、液硫化氢（-61℃）等设备共70页19应用介绍3、15CrMoR◆低合金珠光体热强钢◆中温抗氢钢板◆用于制造壁温不超过560℃的压力容器共70页20应用介绍4、20MnMo、09MnNiD、2.25Cr-1Mo锻件20MnMo常制造使用温度为-40～470℃的重要大中型锻件良好的热加工和焊接工艺性能09MnNiD良好的低温韧性常制造使用温度为-40～45℃的低温容器共70页213、高合金钢压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多是耐腐蚀、耐高温钢铬钢铬镍钢铬镍钼钢共70页22（1）铬钢但不耐硫酸、盐酸、热磷酸等介质的腐蚀0Cr13是常用的铁素体不锈钢有较高的强度、塑性、韧性和良好的切削加工性能在室温的稀硝酸以及弱有机酸中有一定的耐腐蚀性共70页23（2）铬镍钢0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10这三种钢均属于奥氏体不锈钢。但长期在水及蒸汽中工作时，0Cr18Ni9有晶间腐蚀倾向，并且在氯化物溶液中易发生应力腐蚀开裂。0Cr18Ni9在固溶态，具有良好的塑性、韧性、冷加工性，在氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐腐蚀性亦佳具有较高的抗晶间腐蚀能力，可在-196℃～600℃温度范围内长期使用。0Cr18Ni10Ti为超低碳不锈钢，具有更好的耐蚀性。00Cr19Ni10沿着材料晶粒间界先行发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的局部破坏

金属材料在应力（拉应力）和腐蚀介质的联合作用下，经过一定时间后出现低于材料强度极限的脆性开裂现象，致使金属材料失效

共70页24（3）铬镍钼钢：耐应力腐蚀、小孔腐蚀的性能良好，适用于制造介质中含氯离子的设备。00Cr18Ni5Mo3Si2是奥氏体-铁素体双相不锈钢指金属表面微小区域因氧化膜破损或析出相和夹杂物剥落，引起该处电极电位降低而出现小孔并向深度发展的现象，又称点蚀。

共70页25复合板基层：与介质不接触，主要起承载作用，通常为碳素钢和低合金钢。复层：与介质直接接触，要求与介质有良好的相容性，通常为不锈钢、钛等耐腐蚀材料，其厚度一般为基层厚度的1/10~1/3。复合板应用特点：①用复合板制造耐腐蚀压力容器，可大量节省昂贵的耐腐蚀材料，从而降低压力容器的制造成本。②复合板的焊接比一般钢板复杂，焊接接头往往是耐腐蚀的薄弱环节，因此壁厚较薄、直径小的压力容器最好不用复合板。共70页26

压力容器零部件间焊接还需要焊条、焊丝、焊剂、电极和衬垫等焊接材料。一般应根据待连接件的化学成分、力学性能、焊接性能，结合压力容器的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料，必要时还应通过试验确定。压力容器用钢的焊接材料可参阅有关标准。焊接材料：共70页2764种有色金属3种黑色金属3.1.2有色金属和非金属共70页28共70页293.1.2有色金属和非金属一、有色金属使用状态：

在退火状态下的强度比较稳定，一般都在退火状态下使用，选用时应注意选择同类有色金属中的合适牌号压力容器常用有色金属：铜及其合金铝及其合金镍及镍合金钛及钛合金将钢件加热到高于或低于钢的临界点，保温一定时间，随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺共70页30共70页31▲

汽车制造业中铝合金、镁合金的使用量越来越多。共70页32共70页33

在没有氧存在的情况下，铜在许多非氧化性酸中都是比较耐腐蚀的。但铜最有价值的性能是在低温下保持较高的塑性及冲击韧性，是制造深冷设备的良好材料。1、铜及其合金特性：共70页34湿法冶铜厂电解铜车间卧式炼铜转炉共70页35纯铜块1、铜及其合金共70页36各种铜及铜合金制件共70页37紫铜盘管纯铜呈紫红色，所以又称紫铜，但紫铜不一定是纯铜，有时加入少量脱氧元素或其他元素以改善材质和性能。紫铜的电导率和热导率仅次于银，广泛用于导电、导热器材。紫铜波纹管紫铜共70页38铅黄铜黄铜接件铜与锌组成的合金叫黄铜。黄铜铸造性能好，机械强度比纯铜高，价格便宜，耐腐蚀性也高于纯铜，但在中性、弱酸性介质中，因锌易溶解而被腐蚀。有时黄铜中也加入锡、铅、铝、硅、铁、锰、镍等元素构成“复杂黄铜”。比如锡黄铜在海水和淡水中均耐腐蚀，有“海军黄铜”之称。黄铜共70页39黄铜接件黄铜阀门共70页40以镍为主要合金元素的铜基合金称为白铜，大多数呈银白色。白铜按用途可分为结构白铜和精密电阻合金用白铜。它是工业铜合金中耐腐蚀性能最优者，抗冲击腐蚀、应力腐蚀性能也最好，是海水冷凝管的理想材料。也可用于制作电阻元件、热电偶材料和补偿导线。白铜白铜产品白铜线白铜共70页41司母戊鼎除黄铜、白铜外，其余的铜合金统称为青铜。其在大气、海水和无机盐类溶液中有极好的耐腐蚀性同时还有较高的耐磨性；广泛应用于制造蒸汽锅炉、海船的零部件，还常用来制造轴承、轴瓦等耐磨零件。青铜青铜泵体共70页42压力表用青铜管青铜制船用阀门共70页432、铝及其合金特性：◆铝很轻（密度约为钢的三分之一），耐浓硝酸、醋酸、碳酸、氢铵、尿素等，不耐碱；◆在低温下具有良好的塑性和韧性；◆使用温度范围为-269~200℃；◆有良好的成型和焊接性能。应用：可用来制作压力较低的贮罐、塔、热交换器，防止污染产品的设备及深冷设备是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性

指当承受应力时对折断的抵抗

共70页44铝制储罐2、铝及其合金共70页45吸附过滤器2、铝及其合金共70页46铝塑管铝塑复合管结构2、铝及其合金共70页47LED日关灯铝塑管2、铝及其合金共70页482、铝及其合金铝合金窗户铝合金高压气瓶共70页493、镍及镍合金特性：在强腐蚀介质中比不锈钢有更好的耐腐蚀性，比耐热钢有更好的抗高温强度，最高使用温度可达900℃。应用：由于价格高，一般只用于制造特殊要求的压力容器。共70页503、镍及镍合金共70页513、镍及镍合金共70页524、钛及钛合金特性：◆对中性、氧化性、弱还原性介质耐腐蚀，如湿氯气、氯化钠和次氯酸盐等氯化物溶液；◆具有密度小（=4510kg/m3）、强度高（相当于20R）、低温性能好、粘附力小等优点；◆但单位质量价格高，比一般钢材高20倍左右；◆使用温度仅限于350℃以内。应用：在介质腐蚀性强、寿命长的设备中应用，可获得较好的综合经济效果。共70页53在钛中添加锰、铝或铬、钒等金属元素，能获得性能优异的钛合金，如钛钯合金、钛镍钼合金等。其中镍钛合金是发展中的形状记忆合金。钛还是一种很好的耐热材料。但钛及其合金的焊接性能较差，价格比较昂贵。钛棒4、钛及钛合金共70页54钛制螺丝4、钛及钛合金共70页554、钛及钛合金钛管式蒸发器钛管换热器共70页56美国空军F-22A战机机体材料中有41%使用了钛合金4、钛及钛合金共70页57按五角大楼计划，美国将生产3002架F-35战机，总计需要钛合金1.4万吨4、钛及钛合金共70页58二、非金属材料用途：它既可以单独用作结构材料，也可用作金属材料保护衬里或涂层,还可以用作设备的密封材料、保温材料和耐火材料。压力容器用非金属材料要求：除要求有良好的耐腐蚀性外，还应有足够的强度，好的热稳定性，良好的加工制造性能。缺点：大多数材料耐热性不高，对温度波动比较敏感，与金属相比强度较低(除玻璃钢外)。共70页59压力容器常用非金属材料：涂料工程塑料不透性石墨搪瓷陶瓷橡胶共70页601、涂料涂料是一种有机高分子胶体的混合物，将其均匀地涂在容器表面上能形成完整而坚韧的薄膜，起耐腐蚀和保护作用。共70页611、涂料共70页62共70页63热固性塑料热塑性塑料在一定温度下可以变软，而不发生化学变化，冷却后又变硬，再加热又软化；Eg.如聚氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS等；可用作制造低压容器的壳体、管道,也可用作密封元件、衬里等的材料。2、工程塑料化学名称：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料共70页64

塑料具有密度小，比强度大，电绝缘性好，和易加工变形等优点；但也具有不耐高温，强度差易变形，热膨胀系数大，导热差，易老化等缺点。它可作为结构材料，耐蚀衬里材料，绝缘材料等使用；亦可作为多种型材（如管，板，棒，膜）以及各类制品（如泵，阀，塔，槽）。共70页65共70页663、不透性石墨

具有良好的化学稳定性、导电性和导热性是由各种树脂浸渍石墨消除孔隙而得到的。常用于制作腐蚀性强的介质的换热器，反应釜，填料塔，吸收塔，冷却塔和过滤器等。

共70页674、陶瓷

具有良好的耐腐蚀性能，且有一定的强度，被用来制造塔、贮槽、反应器和管件。化工陶瓷具有良好的耐腐蚀性能，足够的不透性，充分的耐热性