压力容器设计 第1章 环境对压力容器的影响课件.ppt

《压力容器设计 第1章 环境对压力容器的影响课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、3.3环境对压力容器用钢性能的影响教学重点：温度对钢材性能的影响教学难点：高温下钢材的性能和性能劣化13.3.1温度不同用途的压力容器的工作温度不同。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一、短期静载下温度对钢材力学性能的影响二、高温、长期静载下钢材力学性能三、高温下材料性能的劣化2一、短期静载下温度对钢材力学性能的影响1、高温下图3-3温度对低碳钢力学性能的影响温度较高时，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。32、低温下随着温度降低，碳素钢和低合金钢的

2、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——（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。概念3.3.1温度4图3-4低碳钢冲击吸收功和温度的关系曲线3.3.1温度5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。3.3.1温度63.3.1温度7二、高温、长期静载下钢材性能蠕变现象：在高温和

3、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。碳素钢>420℃>400-500oC低合金钢一定的应力作用发生蠕变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。蠕变的危害81、蠕变曲线蠕变曲线三阶段一.减速蠕变二.恒速蠕变三.加速蠕变图3-5蠕变应变与时间的关系3.3.1温度一定压力和一定温度下9cd为蠕变的第三阶段ab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为蠕变的第二阶段在此阶段，材料以

4、接近恒定蠕变速率进行变形，故也称为蠕变的恒速阶段.在这阶段里蠕变速度不断增加，直至断裂。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。3.3.1温度10对于同一材料，给定温度改变应力或给定应力改变温度时，蠕变曲线形状不同。▲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。3.3.1温度112、蠕变极限与持久强度a、蠕变极限·——高温长期载荷作用下，材料对变形的抗力蠕变极限表示法★在给定温

5、度下，使试样产生规定的第二阶段蠕变速率的应力值★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）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。3.3.1温度12◇考虑蠕变极限和持久强度的场合：蠕变极限适用于在高温运行中要严格控制变形的零件的设计，如涡轮叶片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。）◎在高应力、较低的温度时

6、，断裂前有大量的塑性变形，断裂后伸长率较高，断口呈韧性形态；◎而在应力低、温度高时，断裂前塑性变形小，断裂呈脆性，断裂后伸长率较低，缩颈很小，在晶体内部常发现大量的细小裂纹。温度和应力对蠕变断裂形式有显著的影响3.3.1温度13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。3.3.1温度14三、高温下材

7、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）珠光体球化石墨化高温回火脆化氢腐蚀和氢脆3.3.1温度15a、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：16Mn钢的245×26蒸汽管道在9.8MPa、510oC条件下，运行约八万小时后，珠光体严重球化，碳化物积聚在晶界上，使其力学性能明显下降。补救：已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。如将上述管道加热至920oC，停留lh，然后打开炉门冷却，力学性能则有所提高。3.3.1温度16b、石墨化危害：使金属发生脆化，强度和塑性

8、降低，冲击值降低得更多。产生环境：石墨化现象只出现在高温下。对碳素钢和碳锰钢，当