1、3、 1 温度不同用途得压力容器得工作温度不同.?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。 ?介绍几种情况得影响 :一、短期静载下温度对钢材力学性能得影响1、高温下 ?在温度较高时 ,仅仅根据常温下材料抗拉强度与屈服点来决定许用应力就是不够得,一般还应考虑设计温度下材料得屈服点?2、低温下 ?随着温度降低,碳素钢与低合金钢得强度提高，而韧性降低.当温度低于时,钢材可采用20时得许用应力。韧脆性转变温度 （或脆性转变温度）当温度低于某一界限时,钢得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图 3-3 温度对低碳
2、钢力学性能得影响（图 34低碳钢冲击吸收功与温度得关系曲线)低温变脆得金属:具有体心立方晶格得金属如碳素钢与低合金钢.?低温仍有很高韧性得金属:面心立方晶格材料如铜、铝与奥氏体不锈钢,冲击吸收功随温度得变化很小，在很低得温度下仍具有高得韧性。二、高温、长期静载下钢材性能蠕变现象 :在高温与恒定载荷得作用下 ,金属材料会产生随时间而发展得塑性变形 ,这种现象被称为蠕变现象。 ?一定得应力作用下，碳素钢 (40度）合金钢 (400 500度)时发生蠕变。蠕变得危害 :蠕变得结果就是使压力容器材料产生蠕变脆化、应力松弛、蠕变变形与蠕变断裂。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、
3、蠕变曲线蠕变曲线三阶段：减速蠕变 ,恒速蠕变， 加速蠕变。 ?oa 线段 - 试样加载后得瞬时应变。 ?点以后得线段 从点开始随时间增长而产生得应变才属于蠕变。蠕变曲线上任一点得斜率表示该点得蠕变速率。为蠕变得第一阶段：?即蠕变得不稳定阶段 ,蠕变速率随时间得增长而逐渐降低,因此也称为蠕变得减速阶段。?b为蠕变得第二阶段:在此阶段，材料以接近恒定蠕变速率进行变形 ,故也称为蠕变得恒速阶段?cd 为蠕变得第三阶段：?在这阶段里蠕变速度不断增加,直至断图 5 蠕变应变与时间得关系裂 .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,第二阶段得持续时间长，甚至无第三阶段;
4、?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 - 就是高温长期载荷作用下 ,材料对变形得抗力。 ?蠕变极限表示法： 在给定温度下 ,使试样产生规定得第二阶段蠕变速率得应力值。?在给定温度与规定时间内，使试样产生一定量得蠕变总伸长率得应力值 (常用 )? b、持久强度 在给定得温度下，经过一定时间后发生断裂时构件所能承受得最大应力.?考虑蠕变极限与持久强度得场合:a、蠕变极限适用于在高温运行中要严格控制变形得零件得设计，如涡轮叶片b、高温压力容器设计中 ,不仅要防止过大得变形，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与持久
5、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%;确定持久强度得时间为105。 )?温度与应力对蠕变断裂形式有显著得影响?在高应力、 较低得温度时 ,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 ,断后伸长率较低，缩颈很小 ,在晶体内部常发现大量得细小裂纹 .?松弛 :在常温下工作得零件,在发生弹性变形后，如果变形总量保持不变，则零件内得应力将保持不变 .但在高温与应力作用下,随着时间得增长,如果变形总量保持不变,因蠕变而逐渐增加得塑性变形将逐步代替原来得弹性变形 ,从而使零件内得应力逐渐降低 ,这种
6、现象称为松驰。如高温压力容器中得连接螺栓 ,可能因松弛而引起容器泄漏。 ?三、高温下材料性能得劣化 在高温下长期工作得钢材性能得劣化主要有：1、蠕变脆化 (前面已经讲了 )?2、珠光体球化 ?危害 :使材料得屈服点、抗拉强度、冲击韧性、蠕变极限与持久极限下降。?例如 ,中度球化会使碳素钢常温强度下降10%-15%；严重球化时下 2 %30%。已发生球 化得钢材可采用热处理得方法使之恢复原来得组织。3?、石墨化 ?危害 :使金属发生脆化 ,强度与塑性降低，冲击值降低得更多。?产生环境 :石墨现象只出现在一定得高温范围 .对碳素钢与碳锰钢 ,当在温度 42以上长期工作时都有可能发生石墨化 .温度升
7、高，使石墨化加剧，但温度过高 ,非但不出现石墨化现象，反而使己生成得石墨与铁化合成渗碳体。预防：要阻止石墨化现象 ,可在钢中加入与碳结合能力强得合金元素 ,如铬、鈦、钒等，但硅、铝、镍等却起促进石墨化得作用。 ?、回火脆化?高温临氢设备常使用得 12Cr o等铬钼钢 ,长期在 5-575oC 下使用，或者从此温度 范围缓慢冷却，脆性转变温度会升高，韧性降低，这种现象称为回火脆化。?研究表明：影响 2、 5Cr-1Mo 钢回火脆化得主要因素为化学成分与热处理条件。 P、S、 Sn 与等杂质元素越多 ,奥氏体化温度越高 ,、 2 Cr-1Mo 钢对回火脆化越敏感 .、氢腐蚀与氢脆?氢能引起材料多种
8、类型得性质劣化,但加氢反应器等压力容器中常见得就是氢腐蚀与氢脆。 ?a、氢腐蚀 就是指高温高压下氢与钢中得碳形成甲烷得化学反应,又称为氢蚀。氢腐蚀有两种形式 :(导致裂纹） ?一就是与钢表面得碳化合生成甲烷,引起钢表面脱碳， 使力学性能恶化； ?二就是渗透到钢内部 ,与渗碳体反应生成甲烷 .?影响氢腐蚀得因素主要有 :温度、氢分压、时间、合金成分、应力等。?一般情况下 ,碳素钢在 200以上得高压氢环境中才会发生氢腐蚀。钢中加入铬、钒、钛、钨等能形成稳定碳化物得元素含量,可提高钢抗氢 腐蚀得能力 .奥氏体不锈钢可以很好地抵抗氢腐蚀 .?目前 ,一般按照 Neson 曲线选用抗氢用钢。 根据该曲
9、线，碳素钢在氢分压小于、 45M时 ,允许得使用温度约为 50 ;1、25C 0、5Mo 钢在氢 分压小于 6、9 Pa时得允许使用温度大约为 0。 ?b、氢脆 指钢因吸收氢而导致韧性下降得现象。?氢得来源：内部氢，指钢在冶炼、焊接、酸洗等过程中吸收得氢;外部氢 ,指钢在氢环境中使用时所吸收得氢。 ?在高温、高氢分压环境下工作得压力容器,在停车时 ,应先降压 ,保温消氢 (200以上）后 ,再降至常温。切不可先降温后降压。除以上 4种劣化外，还要注意：钢材长时间在高温下，还会发生合金元素在固溶体与碳化物相之间得重 新分配 ,那些对固溶体起强化作用得合金元素,如铬、钼、锰等 ,都会不断脱溶 ,从而使材料高温强度下降?除低温、高温外 ,中子辐照也会引起材料辐照脆化。 ?在设计阶段，预测材料性能就是否会在使用中劣化 ,并采取有效得防范措施 ,对提高压力容器得安全性具有重要意义。
