压力容器制造工艺对钢材性能的影响.ppt

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1、压力容器制造工艺对钢材性能的影响及设计中的注意事项组员：陈付波、高玉东、王硕、王友涛、王永华压力容器制造工艺对钢材性能的影响在压力容器制造中，往往先将钢板进行冷或热压力加工，使它变成所要求的零件形状。再通过焊接等方法将各零部件连接在一起，必要时还应进行热处理。因此，需要了解冷或热压力加工产生的塑性变形及焊接和热处理对钢材性能的影响规律。分类一．塑性变形二．焊接三、热处理塑性变形定义：在载荷作用下，材料将发生变形。当载荷卸除后能够恢复的变形为弹性变形，载荷卸除以后不能够恢复的变形称为塑性变形或永久变形。塑性变形分类应变强化热加工或冷加工各向异性应变时效应变强化金属在常温或者低温下

2、发生塑性变形后，随塑性变形量增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称为应变强化或加工硬化。如：奥氏体不锈钢在深冷下进行强化，可以显著提高奥氏体不锈钢的许用应力，降低容器重量。热加工或冷加工按照金属材料塑性加工时是否完全消除加工硬化，可分为冷加工和热加工。冷、热加工的分界限是金属的再结晶温度。高于再结晶温度的加工为热加工或热变形，低于再结晶温度的加工为冷加工或冷变形。热变形时加工硬化和再结晶现象同时出现，但加工硬化很快被再结晶软化所抵消，变形后具有再结晶组织，因而无加工硬化现象。冷变形中无再结晶出现，因而有加工硬化现象，冷变形时的加工硬化使塑性降低，每次的冷变形程序不宜过大

3、。各向异性金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，内部的晶粒也相应地被沿着变形方向拉长或压扁，很大的变形量使晶粒被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清。当金属塑性变形达到一定程度时，晶粒沿着变形方向发生转动，使各晶粒的位向与外力方向趋于一致，这种现象称为形变织构或择优取向，形变织构使金属性能产生各向异性。压力容器设计时，应尽可能使零件在工作时产生的最大正应力与纤维方向重合，最大切应力方向与纤维方向垂直。应变时效冷加工在压力容器制造中的应用很广。例如:筒节的冷卷、封头的冷旋压等。这些经冷加工塑性变形的碳素钢、低合金钢，在室温下停留较长时间，或在较高温度下停留一定时间后，会出现强度和硬度提

4、高，塑性和韧性的现象，称为应变时效。通常塑性变形大于3%时就会产生明显的应变时效。例如，某24mm厚的Q345R钢板，经5%冷塑性变形后再在250摄氏度下加热1h，-20摄氏度时的冲击吸收功从原来的36J下降到10J，应变时效十分明显。发生应变时效的钢材，不但冲击吸收功大幅度下降，而且韧脆转变温度大幅度上升，表现出常温下的脆化。焊接焊接是两件或两件以上零件，在加热或(和)加压的状态下，通过原子或分子之间的结合和扩散，形成永久性连接的工艺过程，具有生产效率高、材料节省、结构紧凑等优点。根据焊接过程的特点不同，一般将焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊。在压力容器制造中应用最广的是熔焊。熔

5、焊时采用局部加热的方法，将焊接接头部位加热至熔化状态，熔化的母材金属和填充金属共同构成熔池，熔池经冷却结晶后，形成牢固的原子间结合，使待连接件成为一体。焊接接头的组织和性能焊接接头是指用焊接方法连接的接头。熔焊时，由于各个部位加热和冷却速度不同，焊接接头一般由焊缝、熔合区和热影响区组成，各区有不同的组织和性能。A.焊缝由熔池的液态金属凝固结晶而成，通常由填充金属和部分母材金属组成。因结晶是从熔池边缘的半熔化区开始的，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等易偏析集中在焊缝中心区，影响焊缝的力学性能。B.熔合区焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域。熔合区的加热温度在合金的固相和液相线之间，其化

6、学成分和组织性能有很大的不均匀性，因而塑性差、强度低、脆性大、易产生焊接裂纹，是焊接接头中最薄弱的环节之一。C.热影响区是焊缝两侧母材因焊接热作用(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域。在热影响区内，各处离开焊缝金属距离不同，材料被加热和冷却速度也不同，从而形成了多种金相组织区，使具力学性能也不同。现以低碳钢为例加以说明。（1）热区：是热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。它的温度在Ac3以上100—200℃至固相线之间。由于温度远远超过Ac3，奥氏体晶粒严重长大，冷却后粗晶粒组织非常明显，金属的塑性及冲击韧性较低。对于焊接刚度大的结构或含碳量高的易淬火钢，常在此

7、区内产生裂纹。(2)正火区：是热影响区内相当于受正火热处理的区域。加热温度约在Ac3至Ac3以上100一200℃之间。此区内金属发生了再结晶，区内是均匀、细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能得到明显改善．是焊接接头中组织和性能最好的区域。(3)部分正火区：此区域的加热温度处于Ac1——Ac3间，产生不完全再结晶。发生再结晶的材料，冷却后得到细晶的铁素体和珠光体；而未发生再结晶的材料，则是粗大的铁素体和细晶粒珠光体的混合组织。由于晶粒大小不均匀，所以力学性能也很不均匀。焊接应力与变形焊接过程的