压力容器设计-压力容器材料及环境

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1、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。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

2、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（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。《压力容器用钢板》《低温压力容器用低合金钢钢板》2、钢管用于过程设备较高压力的流体输送，材料通常为10

3、、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。3、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

4、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。4、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。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2、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

5、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。3、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

6、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。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有色金属和非金属非金属材料的优点：资源丰富、

7、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。§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、应变时效二、焊接对钢材性能的影响焊缝区熔合区过热区正火区部分正火区热影响区杂质偏析在焊缝区形成焊接热裂纹2、焊接应力与变形3、减小焊接应力与变形的措施①合理