压力容器设计-压力容器材料及环境

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。

编辑ppt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编辑ppt按钢材形状1、钢板

压力容器用钢板的要求钢材类型压力容器常用钢材有色金属和非金属（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。§3-1

压力容器材料编辑ppt（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：①压力容器专用钢板，如16MnR、20R等②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。

编辑ppt《压力容器用钢板》《低温压力容器用低合金钢钢板》编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt2、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φ219，法兰内直径φ220。

（2）焊接钢管

输送水、煤气、空气、取暖蒸汽等较低压力的流体（p<0.6Mpa）,材料可用Q235制造。

编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt3、锻件（1）根据锻件检验项目和数量的不同，锻件分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ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）压力容器上使用的锻件不得低于Ⅱ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Ⅲ级。

编辑ppt编辑ppt编辑ppt4、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。

编辑ppt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编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt2、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1/3—2/3。

GB150—1998《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σs340Mpa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。编辑ppt3、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、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。

编辑ppt编辑ppt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编辑ppt铜及铜合金的特点铝及铝合金的特点镍及镍合金的特点钛及钛合金的特点i有色金属和非金属编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt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、密封材料、保温材料、耐火材料等。

编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt编辑ppt§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、应变时效编辑ppt

二、焊接对钢材性能的影响编辑ppt焊缝区熔合区过热区正火区部分正火区热影响区编辑ppt杂质偏析在焊缝区形成焊接热裂纹编辑ppt

2、焊接应力与变形编辑ppt3、减小焊接应力与变形的措施①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

②焊接方法和焊接工艺③焊前预热和焊后热处理编辑ppt编辑ppt编辑ppt5、焊接接头检验破坏性检验非破坏性检验整体试验试板外观检查密封检查无损检验射线、超声波、磁粉、渗透、涡流等编辑ppt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》编辑ppt§3-3

环境对压力容器用钢性能的影响温度编辑ppt材料的低温脆化一、温度编辑ppt高温下钢的特点蠕变温度碳素钢：420°C低合金钢：400~500°C蠕变结果

蠕变脆化、应力松弛蠕变变形、蠕变断裂—蠕变编辑ppt

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编辑ppt2、材料的耐腐蚀能力

工程上常按腐蚀深度三级标准来评定金属耐均匀腐蚀的能力*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。编辑ppt1、腐蚀的类型（按腐蚀机理）①全面腐蚀

②局部腐蚀

●晶间腐蚀●小孔腐蚀●缝隙腐蚀③应力腐蚀二、介质编辑ppt§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）编辑ppt二、压力容器钢材的选择原则

1、材料的使用性能①分析构件的工作条件（P、t、介质等），确定构件应具有的使用性能（强度、刚度、塑性、韧性等）。②通过失效分析，确定构件的主要使用性能。③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编辑ppt

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①在没有氧存在的情况下，在许多非氧化性酸中比较耐腐蚀。②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。③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。

编辑ppt具有较高的机械性能，价格较便宜，可用于制作深冷设备筒体、管板、法兰及螺母等。黄铜（铜-锌合金）青铜1、锡青铜（铜-锡合金）

具有很高的耐蚀性和良好的抗磨性，多用于制造耐磨零件（如轴瓦、轴套、蜗轮等）和与酸、碱等腐蚀性介质接触的零件。古代的青铜器即是用锡青铜制造。2、无锡青铜（铜中加入铅、铝等其它元素）

强度好、耐蚀性好，价格低廉，常用于制造在蒸气和海水工作条件下的零件及受摩擦耐腐蚀零件。特点特点编辑ppt密度小、重量轻（ρ约为钢的1/3），导电、导热性能好，强度较差，塑性好，有极好的耐蚀性（但不耐碱及盐水），可用于制作储罐、塔、热交换器等设备，也可用于制作防止污染的设备和深冷设备。

纯铝特点编辑ppt具有适中的强度、优良的塑性和耐蚀性，多用于制作深冷设备入液空吸附过滤器、分馏塔等。铝合金1、防锈铝（LF）：Al-Mn、Al-Mg合金强度较高，可用于制作深冷设备中的螺栓及其它受力构件。

2、硬铝（LY）：Al-Cu-Mg合金特点特点编辑ppt耐蚀性、耐磨性和硬度都很高，但价格很贵，很少用于制作压力容器。纯镍特点具有很好的耐腐蚀性能和抗高温性能，但价格较高，一般只用于制造特殊要求的压力容器。镍合金（Ni-Mn、Ni-Cu合金）特