环境对压力容器用钢性能的影响

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1、第三节环境对压力容器用钢性能的影响2.3.1温度不同用途的压力容器所在的工作温度不同。钢材在低温、中温、高温下，性能不同。高温下，钢材性能往往与作用时间有关。介绍几种情况的影响：短期静载下温度对钢材力学性能的影响高温、长期静载下钢材力学性能高温下材料性能的劣化一、短期静载下温度对钢材力学性能的影响1、高温下在温度较高时，仅仅根据常温下材料抗拉强度和屈服点来决定许用应力是不够的，一般还应考虑设计温度下材料的屈服点。3-3温度对低碳钢力学性能的影响2、低温下随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性降低。当温度低于20℃时，钢材可采用20℃时的许用应力。韧脆性转变温度

2、——（或脆性转变温度）当温度低于某一界限时，钢的冲击吸收功大幅度地下降，从韧性状态变为脆性状态。这一温度常被称为韧脆性转变温度或脆性转变温度。注意：韧脆性转变温度不是在一个特定的温度，而是在一个温度范围内。低温变脆的金属：具有体心立方晶格的金属：如碳素钢和低合金钢27低温仍有很高韧性的金属：面心立方晶格材料如铜、铝和奥氏体不锈钢，冲击吸收功随温度的变化很小，在很低的温度下仍具有高的韧性。注意:并不是所有金属都会低温变脆。二、高温、长期静载下钢材力学性能蠕变现象：在高温和恒定载荷的作用下，金属材料会产生随时间而发展的塑性变形，这种现象被称为蠕变现象。一定的应力作用在：碳素

3、钢（>420℃）、合金钢（>400-500oC）上，发生蠕变蠕变的危害：蠕变的结果是使压力容器材料产生蠕变脆化、应力松弛、蠕变变形和蠕变断裂。因此，高温压力容器设计时应采取措施防止蠕变破坏发生。1、蠕变曲线蠕变曲线三阶段（一定温度和一定应力条件下）：①减速蠕变；②恒速蠕变；③加速蠕变。图3-5蠕变应变与时间的关系oa线段——试样加载后的瞬时应变。a点以后的线段——从a点开始随时间增长而产生的应变才属于蠕变。蠕变曲线上任一点的斜率表示该点的蠕变速率。28ab为蠕变的第一阶段：即蠕变的不稳定阶段，蠕变速率随时间的增长而逐渐降低，因此也称为蠕变的减速阶段.bc为蠕变的第二阶段

4、：在此阶段，材料以接近恒定蠕变速率进行变形，故也称为蠕变的恒速阶段.cd为蠕变的第三阶段：在这阶段里蠕变速度不断增加，直至断裂。注意：对于同一材料，改变温度或改变应力，蠕变曲线都会不同。当应力较小或温度很低时，第二阶段的持续时间长，甚至无第三阶段；相反，当应力较大或温度较高时，第二阶段持续时间短，甚至完全消失。2、蠕变极限与持久强度a、蠕变极限——是高温长期载荷作用下，材料对变形的抗力。蠕变极限表示法：①在给定温度下，使试样产生规定的第二阶段蠕变速率的应力值；②在给定温度和规定时间内，使试样产生一定量的蠕变总伸长率的应力值（常用）。蠕变极限适用于：在高温运行中要严格控制

5、变形的零件的设计，如涡轮叶片。b、持久强度——在给定的温度下，经过一定时间后发生断裂时构件所能承受的最大应力。持久强度适用于：只要求机件在使用期内不发生断裂。考虑蠕变极限和持久强度的场合：高温压力容器设计中，不仅要防止过大的变形，而且要确保在规定条件下不会蠕变断裂，往往同时用蠕变极限和持久强度来确定许用应力。（蠕变极限常用第二种表示法，且一般规定时间为105h，总伸长率为1%；确定持久强度的时间为105h。）温度和应力对蠕变断裂形式有显著的影响：①在高应力、较低的温度时，断裂后伸长率较高，断口呈韧性形态；②而在应力低、温度高时，断裂前塑性变形小，断裂呈脆性，断后伸长率较

6、低，缩颈很小，在晶体内部常发现大量的细小裂纹。松弛：在常温下工作的零件，在发生弹性变形后，如果变形总量保持不变，则零件内的应力将保持不变。但在高温和应力作用下，随着时间的增长，如果变形总量保持不变，因蠕变而逐渐增加的塑性变形将逐步代替原来的弹性变形，从而使零件内的应力逐渐降低，这种现象称为松驰。如高温压力容器中的连接螺栓，可能因松弛而引起容器泄漏。松弛稳定性：材料抵抗应力松弛的能力。松弛稳定性决定于材料的成分、组织等内部因素。3、影响蠕变性能的主要因素a、内在因素:化学成分、组织结构、晶粒尺寸b、外部因素：温度、应力◎在高应力、较低的温度时，断裂后伸长率较高，断口呈韧性

7、形态；◎而在应力低、温度高时，断裂前塑性变形小，断裂呈脆性，断后伸长率较低，缩29颈很小，在晶体内部常发现大量的细小裂纹。三、高温下材料性能的劣化在高温下长期工作的钢材性能的劣化主要有：蠕变脆化（前面已经讲了）珠光体球化石墨化回火脆化氢腐蚀和氢脆a、珠光体球化危害：使材料的屈服点、抗拉强度、冲击韧性、蠕变极限和持久极限下降。例如：中度球化会使碳素钢常温强度下降下降10%～15%；严重球化时下降20%～30%补救：己发生球化的钢材可采用热处理的方法使之恢复原来的组织。b、石墨化危害：使金属发生脆化，强度和塑性降低，冲击值降低得更多。产生环境