1、1,MATERIALS FOR PRESSURE VESSELS AND INFLUENCES OF ENVIRORMENT AND TIME ON PROPERTIES OF THESE MATERIALS,3.压力容器用材以及环境和时间对其材料性能的影响,2,压力容器设计,结构设计,合理选材,时间、环境的劣化作用,（充分考虑）,应力分析max s pmax p,3,3.1 压力容器材料,3.1.1 压力容器常用钢材,3.1.2 有色金属和非金属,3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响,3.2.1 塑性变形,3.2.2 焊接,本章主要内容,3.2.3 热处理,4,3.4 压力容器材料选择,
2、3.4.1 压力容器用钢的基本要求,3.4.2 压力容器钢材的选择,3.3 环境对压力容器用钢性能的影响,3.3.1 温度,3.3.2 介质,3.3.3 加载速率,5,3.1 压力容器材料,3.1.1 压力容器常用钢材,3.1.2 有色金属和非金属,6,钢材,a.按化学成分分,碳素钢,合金钢,工业纯铁C%0.04%低碳钢 C% 0.25%（建筑和结构构件用）中碳钢C%= 0.25%0.6%容器用锻件和螺栓高碳钢C% 0.6%,低合金钢：合金元素总含量5%中合金钢： 5%10% 高合金钢： 10%,也可按合金元素种类及组合分为：锰钢、铬钢、铬镍钢、铬钼钢,7,b.按品质分,普通钢P 0.045%
3、,S 0.055%或P. S 0.05%优质钢P. S 0.04%，Cu 0.030%高级优质钢P 0.035%,S 0.03%,Cu 0.025%,c.按冶金方式分,按炉别分：平炉钢、转炉钢、电炉钢,按脱氧程度和浇注制度分,沸腾钢:不脱氧，钢锭内产生沸腾现象 C 0.025%,Si 0.07%,镇静钢：脱氧较完全,半镇静钢：介于沸腾钢和镇静钢之间 Si 0.17%,8,d.按金相组织分,退火状态,正火状态,无相变或部分相变,亚共析钢：铁+珠共析钢：珠过共析钢：渗碳体+珠,珠、贝、马、奥,铁、奥、复相钢,e. 按用途分,结构钢：建筑及工程用钢、机械制造用钢、弹簧钢、轴承钢、超高强度钢,工具钢：
4、碳素钢、高速工具钢、合金工具钢（刃具、量具、模具）,特殊性能钢：不锈耐热钢、耐热钢、电热合金、耐磨钢、低温用钢、 电工用钢,专业用钢：船舶用钢、桥梁用钢、钢轨钢、压力容器用钢、锅炉用钢,9,铁碳合金图,温度,含碳量,723,1534,900,1147,0.8,2.06,4.3,6.67,奥氏体,铁+珠,珠+渗,奥+渗,铁+奥,液体,液+奥,液+渗,渗+莱,奥+渗+莱,珠+渗+莱,渗+莱,铁,珠光体,莱氏体,10,3.1.1 压力容器常用钢材,一、钢材形状,主要是板、管材和锻件（棒、丝、铸件）,11,（2）钢管,接管、换热管等,无缝钢管、直缝钢管和螺旋焊缝钢管,下料、焊接、热处理,较高的强度、良
5、好的塑性、韧性、焊接性能,主要用途：,主要类型：,加工要求:,性能要求：,请比较各类钢管的优缺点,12,（3）锻件,高压容器的平盖、端部法兰与长颈对焊法兰等,、四个级别。级别越高， 要求检验项目越多，越严格，价格越高。,主要用途：,分 级：,仅需硬度检测,逐件超探、拉伸、冲击试验,筒形、环形、饼形、碗形、长颈法兰锻件、条形、矩形,13,二、钢板,14,1、碳素钢板,含碳量小于2.06的铁碳合金，含有少量的硫、磷、铜、氧、氮，以及硅、锰、铝等元素。,GB912 4mmGB32744mm,p 1.6MPa;t=0350, 20mm(壳体)，高毒勿用,10、20钢钢管； 20、35钢锻件。,15,2
6、、低合金钢板,是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超 过3%），具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐 腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。,特点及优点,采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量， 节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运 输、安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。,16,压力容器常用低合金钢：,钢板,钢管,锻件,17,低合金钢板（GB6654）,18,3低温用钢板,19,4中温抗氢钢板,20,应用介绍,1、16MnR,21,应用介绍,2、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR,低温压力容器用钢，工作在-20及更低温度的压力容器
7、专用钢板,16MnDR,可用于-40 的钢种,液氨储罐等设备,22,应用介绍,3、15CrMoR,低合金珠光体热强钢,中温抗氢钢板,用于制造壁温不超过560 的压力容器,23,应用介绍,4、20MnMo、 09MnNiD、 2.25Cr-1Mo锻件,24,5 不锈钢板-高合金钢板（GB150-98）,压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多是耐腐蚀、耐高温钢,生产单位：太原、浦东,25,（1）铬钢,但不耐硫酸、盐酸、热磷酸等介质的腐蚀,0Cr13,是常用的铁素体不锈钢,有较高的强度、塑性、韧性和良好的切削加工性能,在室温的稀硝酸以及弱有机酸中有一定的耐腐蚀性,26,（2）铬镍钢,0Cr18Ni
8、9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10这三种钢均属于奥氏体不锈钢。,（相当于SUS304）,（相当于SUS304L，但比304L更好：加Ti提高了抗蚀性能，节约Ni）,27,（3）铬镍钼钢：,耐应力腐蚀、小孔腐蚀的性能良好，适用于制造介质中含氯离子的设备。,00Cr18Ni5Mo3Si2,是奥氏体-铁素体双相不锈钢,28,不锈钢复合板,复合板应用特点：,标准：GB8165轧制法生产复合板；JB4733爆炸法生产复合板,生产单位：四川宜宾,6不锈钢复合钢板,29,三、钢管,标准：GB8163流体管 GB8162结构管,GB150-98,钢号：10、20G、16Mn、09MnD（江阴兴澄
9、）,四、锻件标准：JB4726JB4728-2000 （为GB150-98采用）。使用：低温、高温、高压场合优点：热加工性能和焊接性能良好。,30,压力容器零部件间焊接还需要焊条、焊丝、焊剂、电极和衬垫等焊接材料。 一般应根据待连接件的化学成分、力学性能、焊接性能，结合压力容器的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料，必要时还应通过试验确定。 压力容器用钢的焊接材料可参阅有关标准。,五、焊接材料,31,3.1.2 有色金属和非金属,一、有色金属,使用状态：,在退火状态下的强度比较稳定，一般都在退火状态下使用选用时应注意选择同类有色金属中的合适牌号,压力容器常用有色金属：,32,在没有氧存在的情
10、况下，铜在许多非氧化性酸中都是比较耐腐蚀的。但铜最有价值的性能是在低温下保持较高的塑性及冲击韧性，是制造深冷设备的良好材料。退火状态下使用,1、铜及其合金,特性：,尚无专门标准容规第17、18条，GB151-1999有相关内容,33,2、铝及其合金,特性：,铝很轻（密度约为钢的三分之一），耐浓硝酸、醋酸、 碳酸、氢铵、尿素等，不耐碱；,在低温下具有良好的塑性和韧性；,使用温度范围为-269200； 压力范围为p8MPa,有良好的成型和焊接性能。,标准：JB4734铝制钢制焊接容器，容规17、18条,34,3、镍及镍合金,特性：,在强腐蚀介质中比不锈钢有更好的耐腐蚀性，比耐热钢有更好的抗高温强度
11、，最高使用温度可达900。如蒙乃尔合金（一种镍铜合金）,标准： JB 4741-474压力容器镍铜合金管板锻件、 压力容器用镍铜合金、容规17、21条,35,4、钛及钛合金,特性：,对中性、氧化性、弱还原性介质耐腐蚀， 如湿氯气、氯化钠和次氯酸盐等氯化物溶液；,具有密度小（=4510kg/m3）、强度高（相当于20R）、 低温性能好、粘附力小等优点；,但单位质量价格高，比一般钢材高20倍左右；,使用温度仅限于350以内。,标准：JB4745钛制焊接容器 容规17、19条：退火状态下使用，纯钛板的使用温 度不高于230 ，钛合金不高于250 。,36,二、非金属材料,用途：,它既可以单独用作结构
12、材料，也可用作金属材料保护衬里或涂层,还可以用作设备的密封材料、保温材料和耐火材料。,37,压力容器常用非金属材料：,涂料,工程塑料,不透性石墨,搪瓷,陶瓷,38,1、涂料,涂料是一种有机高分子胶体的混合物，将其均匀地涂在容器表面上能形成完整而坚韧的薄膜，起耐腐蚀和保护作用。,39,热固性塑料,2、工程塑料,40,3、不透性石墨,具有良好的化学稳定性、导电性和导热性，可用于制造热交换器。,4、陶瓷,具有良好的耐腐蚀性能，且有一定的强度，被用来制造塔、贮槽、反应器和管件。,41,5、搪瓷,搪瓷设备是由含硅量高的瓷釉通过9000C左右的高温锻烧，使瓷釉密着于金属胎表面而制成的。,它具有优良的耐蚀性
13、，较好的耐磨性，广泛用作耐腐蚀、不挂料的反应罐、贮罐、塔和反应器等。,42,具有重量轻、强度高、耐腐蚀性好等优点， 是一种很有发展前途的压力容器材料， 已被用于制造天然气钢瓶、液化石油气储罐等产品。,复合材料,43,讨论 1、是否可以使用国外压力容器材料？ 可以，但国外应有使用实例，其使用范围应符合材料生产国相应规范和标准的规定，并有材料质量证明书，技术要求不得低于国内相应材料的技术指标。 2、压力容器材料的质量如何控制？ 设采购订货、验收入库、材料保管、材料代用、材料发放和材料使用等6个控制环节。 采购订货 采购计划审批、合格及供方确认 验收入库 质量证明书审查、实物检查、补项及复验、材料
14、代号编制和标记、材料入库审查 材料保管 保管质量检查、标记恢复确认 材料代用 材料代用审批 材料发放 实物复核 材料使用 附加检验、使用前复核、下料时标记移植 焊接材料应建立材料验收、复验、保管、烘干、发放和回收制度。,44,3、材料代用有什么规定？ 压力容器制造单位对主要受压元件的材料代用，原则上应事先取得原设计单位出具的设计更改批准文件，对改动部位在竣工图上做详细记载。 代用材料的性能应优于被代用材料，如16MnR、20R、Q235系列钢板；16Mn、10、20锻件或钢管的代用等4、什么是压力容器主要受压元件？ 压力容器的筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板和换热管；M36以上的设备主螺栓；公称直径大于等于250mm的接管和管法兰。5、材料质量证明书的内容是什么？ 材料制造标准、材料牌号及规格、炉（批）号、国家安全监察机构认可标志、材料生产单位名称及检验印鉴标志、化学成分、力学性能等。,
