壓力容器用材

1、1壓力容器用材壓力容器用材主主 講講 人：尚人：尚 巍巍聯(lián)系電話：聯(lián)系電話自 治治 區(qū)區(qū) 特特 檢檢 院院2壓力容器用材壓力容器用材壓力容器用材料存在的風(fēng)險(xiǎn)壓力容器用材料存在的風(fēng)險(xiǎn)壓力容器用鋼的基本知識(shí)壓力容器用鋼的基本知識(shí)鋼材的主要力學(xué)性能鋼材的主要力學(xué)性能3第一節(jié)第一節(jié) 壓力容器用材料存在的風(fēng)險(xiǎn)壓力容器用材料存在的風(fēng)險(xiǎn)壓力容器用材料先天存在缺陷或后天使用的危險(xiǎn)是多種多壓力容器用材料先天存在缺陷或后天使用的危險(xiǎn)是多種多樣的，如選材不合理，會(huì)直接影響壓力容器的安全使用情樣的，如選材不合理，會(huì)直接影響壓力容器的安全使用情況，其風(fēng)險(xiǎn)性主要包括如下幾方面：況，其風(fēng)險(xiǎn)性主要包

2、括如下幾方面：1、材料本身與容器內(nèi)介質(zhì)不匹配。、材料本身與容器內(nèi)介質(zhì)不匹配。2、材料本身存在缺陷。、材料本身存在缺陷。3、材料用錯(cuò)。、材料用錯(cuò)。4、材料在使用中發(fā)生脆化現(xiàn)象。、材料在使用中發(fā)生脆化現(xiàn)象。5、材料在使用中發(fā)生腐蝕。、材料在使用中發(fā)生腐蝕。4第二節(jié)第二節(jié) 鋼的基礎(chǔ)知識(shí)鋼的基礎(chǔ)知識(shí): :1.11.1機(jī)械性能機(jī)械性能：指在一定溫度和外力作用條件下，抵抗變：指在一定溫度和外力作用條件下，抵抗變形和斷裂的能力，包括：強(qiáng)度、塑性、韌性和硬度等；形和斷裂的能力，包括：強(qiáng)度、塑性、韌性和硬度等；1.1.11.1.1強(qiáng)度強(qiáng)度屈服強(qiáng)度：材料屈服強(qiáng)度：材料抵抗抵抗微小塑性變形的能力。微小塑性變形的能力

3、。0.20.2表示產(chǎn)生表示產(chǎn)生0.2%0.2%微小塑性變形時(shí)的應(yīng)力稱條件屈服強(qiáng)度。微小塑性變形時(shí)的應(yīng)力稱條件屈服強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度：材料抵抗外力破壞作用的最大能力?？估瓘?qiáng)度：材料抵抗外力破壞作用的最大能力。屈服比：表示從變形到斷裂的塑性儲(chǔ)備，屈服比越高，儲(chǔ)屈服比：表示從變形到斷裂的塑性儲(chǔ)備，屈服比越高，儲(chǔ)備越小，一般普通碳素鋼備越小，一般普通碳素鋼0.60.6左右、低合金鋼左右、低合金鋼0.650.650.750.75、合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼0.850.85。5拉伸試棒拉伸試棒6拉伸曲線圖拉伸曲線圖7壓力容器用材壓力容器用材1.1.21.1.2塑性：表示材料在受力條件下塑性變形能力，用延塑性：表示材

4、料在受力條件下塑性變形能力，用延伸率（伸率（55）和斷面收縮率（）和斷面收縮率（）表示。）表示。延伸率：試樣在拉斷后的總伸長(zhǎng)量與試樣原長(zhǎng)比值的百分延伸率：試樣在拉斷后的總伸長(zhǎng)量與試樣原長(zhǎng)比值的百分率，表明鋼材被拉斷時(shí)的拉長(zhǎng)程度率，表明鋼材被拉斷時(shí)的拉長(zhǎng)程度斷面收縮率：斷面收縮率：試樣在拉斷后斷口面積的縮小同原斷面面積試樣在拉斷后斷口面積的縮小同原斷面面積之比值的百分率，表明鋼材補(bǔ)拉斷時(shí)拉細(xì)的程度。之比值的百分率，表明鋼材補(bǔ)拉斷時(shí)拉細(xì)的程度。 =（L-LL-L0 0）/L/L0 0100% 5 5：試樣標(biāo)距長(zhǎng)度為試樣直徑的：試樣標(biāo)距長(zhǎng)度為試樣直徑的5 5倍；倍； 1010：試樣標(biāo)距長(zhǎng)度為試樣直徑

5、的：試樣標(biāo)距長(zhǎng)度為試樣直徑的1010倍；倍； =（F F0 0-F-Fk k）/F/F0 0100% F Fk k：縮頸處最大縮減橫截面積。：縮頸處最大縮減橫截面積。8彈性：鋼材在外力作用下產(chǎn)生變形，一旦外力除彈性：鋼材在外力作用下產(chǎn)生變形，一旦外力除去，仍能恢復(fù)原狀的性質(zhì)去，仍能恢復(fù)原狀的性質(zhì)變形：構(gòu)件在力的作用下尺寸或形狀發(fā)生變化的變形：構(gòu)件在力的作用下尺寸或形狀發(fā)生變化的現(xiàn)象。包括彈性變形、現(xiàn)象。包括彈性變形、塑性變形、塑性變形、斷裂三種情況。斷裂三種情況。彈性變形：構(gòu)件在外力的作用下發(fā)生變形，當(dāng)外彈性變形：構(gòu)件在外力的作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤除后變形完全消失，構(gòu)件恢復(fù)原來的形狀，力撤除

6、后變形完全消失，構(gòu)件恢復(fù)原來的形狀，這種變形稱為彈性變形。這種變形稱為彈性變形。塑性變形：塑性變形：構(gòu)件在外力的作用下發(fā)生變形，當(dāng)外構(gòu)件在外力的作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力撤除后變形不能完全消失，構(gòu)件不能恢復(fù)原來力撤除后變形不能完全消失，構(gòu)件不能恢復(fù)原來的形狀，這種變形稱為的形狀，這種變形稱為塑性變形塑性變形9鋼材的硬度：鋼材抵抗壓入物體壓陷的能力。鋼材的硬度：鋼材抵抗壓入物體壓陷的能力。硬度根據(jù)測(cè)定儀器的測(cè)定方法分為布氏硬度、洛氏硬度、硬度根據(jù)測(cè)定儀器的測(cè)定方法分為布氏硬度、洛氏硬度、肖氏硬度、維氏硬度、顯微硬度。肖氏硬度、維氏硬度、顯微硬度。HBHB（布）、（布）、HRHR（洛）、（洛）、HVH

7、V（維）；（維）；硬度和強(qiáng)度有一定關(guān)系，可用硬度近似估計(jì)強(qiáng)度極限。硬度和強(qiáng)度有一定關(guān)系，可用硬度近似估計(jì)強(qiáng)度極限。 經(jīng)驗(yàn)公式：退火或正火低碳鋼經(jīng)驗(yàn)公式：退火或正火低碳鋼b b0.36HB0.36HB 碳鋼及合金鋼（碳鋼及合金鋼（HBHB250250）b b0.34HB0.34HB 調(diào)質(zhì)合金鋼（調(diào)質(zhì)合金鋼（HBHB250250）b b0.33HB0.33HB硬度是反映材料的彈性、硬度是反映材料的彈性、塑性、塑性、強(qiáng)度和韌性的一種綜合性強(qiáng)度和韌性的一種綜合性能指標(biāo)能指標(biāo)10沖擊韌性沖擊韌性: :材料在沖擊載荷作用下斷裂時(shí)所材料在沖擊載荷作用下斷裂時(shí)所吸收的功吸收的功, ,用夏比用夏比V V缺口作沖

8、擊試驗(yàn)。缺口作沖擊試驗(yàn)。常用沖擊功常用沖擊功A AK K和沖擊韌性值和沖擊韌性值K K表示表示. .除反映除反映材料的抗沖擊性能外，材料的一些缺陷很材料的抗沖擊性能外，材料的一些缺陷很敏感，可反映出材料品質(zhì)、宏觀缺陷和顯敏感，可反映出材料品質(zhì)、宏觀缺陷和顯微組織方面的微小變化，而且對(duì)材料的脆微組織方面的微小變化，而且對(duì)材料的脆性轉(zhuǎn)變情況十分敏感，低溫沖擊試驗(yàn)通榆性轉(zhuǎn)變情況十分敏感，低溫沖擊試驗(yàn)通榆的冷脆性。的冷脆性。11金屬的疲勞：鋼材在交變載荷的作用下，金屬的疲勞：鋼材在交變載荷的作用下，在應(yīng)力值遠(yuǎn)低于金屬的屈服強(qiáng)度極限的情在應(yīng)力值遠(yuǎn)低于金屬的屈服強(qiáng)度極限的情況下發(fā)生斷裂現(xiàn)象。況下發(fā)生斷裂現(xiàn)

9、象。疲勞極限：金屬在無數(shù)次交變載荷作用下疲勞極限：金屬在無數(shù)次交變載荷作用下而不致斷裂的最大應(yīng)力。而不致斷裂的最大應(yīng)力。鋼的熱脆性和冷脆性鋼的熱脆性和冷脆性12壓力容器用材壓力容器用材 高溫機(jī)械性能：持久強(qiáng)度和蠕變極限高溫機(jī)械性能：持久強(qiáng)度和蠕變極限 持久強(qiáng)度：反映持久強(qiáng)度：反映 材料高溫下的斷裂性能，在給定材料高溫下的斷裂性能，在給定的溫度下，的溫度下，經(jīng)經(jīng)過一定工作時(shí)間（至少過一定工作時(shí)間（至少105105小時(shí)），小時(shí)），斷裂時(shí)所承受的最大應(yīng)力值。斷裂時(shí)所承受的最大應(yīng)力值。 蠕變極限：反映材料高溫下的變形問題，有兩種蠕變極限：反映材料高溫下的變形問題，有兩種表示方法：表示方法：1 1、在給

10、定溫度下，引起規(guī)定蠕變速度、在給定溫度下，引起規(guī)定蠕變速度時(shí)的應(yīng)力值，如時(shí)的應(yīng)力值，如t t1 11010-5-5表示表示tt時(shí)，蠕變速度為時(shí)，蠕變速度為1 11010-5-5%/h%/h的應(yīng)力值。的應(yīng)力值。2 2、在一定溫度下，在規(guī)定、在一定溫度下，在規(guī)定使用時(shí)間內(nèi)，使試樣發(fā)生一定量的總變形時(shí)的應(yīng)使用時(shí)間內(nèi)，使試樣發(fā)生一定量的總變形時(shí)的應(yīng)力值，如力值，如t t1 110105 5表示表示tt經(jīng)過經(jīng)過10105 5小時(shí)總變形量為小時(shí)總變形量為1%1%時(shí)的蠕變極限。時(shí)的蠕變極限。131.21.2鋼的工藝性能：包括冷、熱加工性能和鋼的工藝性能：包括冷、熱加工性能和焊接性能。焊接性能。 碳當(dāng)量公式：

11、碳當(dāng)量公式：C CE E=C+Mn/6+=C+Mn/6+（Cr+Mo+VCr+Mo+V）/5+/5+（Ni+CuNi+Cu）/15/15 依經(jīng)驗(yàn)：依經(jīng)驗(yàn)：C CE E0.4%0.4%時(shí)，可焊性好，不預(yù)熱時(shí)，可焊性好，不預(yù)熱 C CE E=0.4=0.40.6%0.6%時(shí)，可焊性尚好，時(shí)，可焊性尚好，但需適當(dāng)預(yù)熱但需適當(dāng)預(yù)熱 C CE E0.6%0.6%時(shí)，可焊性差，嚴(yán)格工時(shí)，可焊性差，嚴(yán)格工藝藝14壓力容器用材壓力容器用材 容規(guī)容規(guī)：碳素鋼和低合金鋼，其含碳量：碳素鋼和低合金鋼，其含碳量0.25%,0.25%,如超過時(shí)，應(yīng)限定如超過時(shí)，應(yīng)限定 C CE E0.45%0.45%由制由制造單位征得

12、用戶同意，并經(jīng)技術(shù)總負(fù)責(zé)人造單位征得用戶同意，并經(jīng)技術(shù)總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，提供材料抗裂性試驗(yàn)報(bào)告和焊接工批準(zhǔn)，提供材料抗裂性試驗(yàn)報(bào)告和焊接工藝評(píng)定報(bào)告，并辦理相關(guān)備案審批手續(xù)。藝評(píng)定報(bào)告，并辦理相關(guān)備案審批手續(xù)。15壓力容器用材壓力容器用材第二節(jié)第二節(jié) 鋼材的分類鋼材的分類2.12.1分類方法分類方法按冶煉方法分：按冶煉方法分： 按爐別：平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼按爐別：平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼 電爐鋼又分：氧氣轉(zhuǎn)爐鋼和空氣轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼又分：氧氣轉(zhuǎn)爐鋼和空氣轉(zhuǎn)爐鋼按脫氧程度、澆注：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半按脫氧程度、澆注：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼16按化學(xué)方法分：按化學(xué)方法分： 碳素鋼：工業(yè)純鐵（碳含量碳

13、素鋼：工業(yè)純鐵（碳含量0.04%0.04%）、）、低碳鋼（碳含量低碳鋼（碳含量0.25%0.25%）、中碳鋼（碳含）、中碳鋼（碳含量量0.250.250.60%0.60%）、高碳鋼（碳含量）、高碳鋼（碳含量0.60%0.60%） 合金鋼：低合金鋼（合金元素總含量合金鋼：低合金鋼（合金元素總含量5%5%）、中合金鋼（合金元素總含量在）、中合金鋼（合金元素總含量在5 510%10%之間）、高合金鋼（合金元素總含量之間）、高合金鋼（合金元素總含量10%10%）17壓力容器用材壓力容器用材按品質(zhì)分：按品質(zhì)分： 普通鋼（普通鋼（P0.045%P0.045%，S0.055%S0.055%或或P P、S S

14、均均0.05%0.05%）（如甲類、乙類、特類鋼）、優(yōu)）（如甲類、乙類、特類鋼）、優(yōu)質(zhì)鋼（質(zhì)鋼（PP、S S均均0.04%0.04%）（如：）（如：2020號(hào)鋼）、號(hào)鋼）、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（P0.035%P0.035%，S0.03%S0.03%）后帶）后帶“A”A”18按用途和組織分：按用途和組織分：低碳鋼：鐵素體、低碳貝氏體、馬氏體低碳鋼：鐵素體、低碳貝氏體、馬氏體 耐熱鋼：低合金珠光體型鋼、高鉻馬氏體耐熱鋼：低合金珠光體型鋼、高鉻馬氏體型鋼、奧氏體型鋼型鋼、奧氏體型鋼 低溫鋼：鐵素體型鋼、低碳馬氏體型鋼、低溫鋼：鐵素體型鋼、低碳馬氏體型鋼、奧氏體型鋼奧氏體型鋼 不銹鋼：鐵素體型鋼、奧

15、氏體型鋼、奧氏不銹鋼：鐵素體型鋼、奧氏體型鋼、奧氏體鐵素體型鋼（雙相鋼）、馬氏體型鋼體鐵素體型鋼（雙相鋼）、馬氏體型鋼19壓力容器用材壓力容器用材2.22.2鋼中常存雜質(zhì)對(duì)其性能的影響鋼中常存雜質(zhì)對(duì)其性能的影響 碳鋼中最常存的雜質(zhì)有錳、硅、硫、磷、氧、氫、氮等。碳鋼中最常存的雜質(zhì)有錳、硅、硫、磷、氧、氫、氮等。 錳的影響：錳是煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧而殘留在鋼中，錳有錳的影響：錳是煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧而殘留在鋼中，錳有好的脫氧能力，能清除鋼中的好的脫氧能力，能清除鋼中的FeOFeO。錳還可與硫形成。錳還可與硫形成MnSMnS減減少硫的有害影響。錳溶于鐵素體內(nèi)使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，少硫的有害影響。錳溶于鐵素

16、體內(nèi)使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，其含量其含量0.8%0.8%對(duì)鋼性能影響不大。對(duì)鋼性能影響不大。 硅的影響：硅也是作為脫氧劑加入鋼中的，其脫氧作用硅的影響：硅也是作為脫氧劑加入鋼中的，其脫氧作用比錳強(qiáng)，鋼中含比錳強(qiáng)，鋼中含0.170.170.37%0.37%的硅對(duì)鋼的性能影響不大；的硅對(duì)鋼的性能影響不大； 硫的影響：硫是由礦石和燃料帶入的雜質(zhì)。硫在鐵中幾硫的影響：硫是由礦石和燃料帶入的雜質(zhì)。硫在鐵中幾乎不溶解，以乎不溶解，以FeSFeS形式存在，形式存在，F(xiàn)eSFeS與與FeFe形成低溶點(diǎn)共晶體形成低溶點(diǎn)共晶體20壓力容器用材壓力容器用材 （溶點(diǎn)（溶點(diǎn)985985），熱加工時(shí)易導(dǎo)致熱脆。焊接時(shí)熱影響

17、區(qū)會(huì)），熱加工時(shí)易導(dǎo)致熱脆。焊接時(shí)熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)液化裂紋。鋼中含硫量過高還會(huì)影響低溫韌性；出現(xiàn)液化裂紋。鋼中含硫量過高還會(huì)影響低溫韌性； 磷的影響：磷也是由礦石帶入鋼中，磷能全部溶于鐵素磷的影響：磷也是由礦石帶入鋼中，磷能全部溶于鐵素體中，可使強(qiáng)度和硬度提高，塑性韌性均顯著下降，尤其體中，可使強(qiáng)度和硬度提高，塑性韌性均顯著下降，尤其在低溫時(shí)更為嚴(yán)重，這種現(xiàn)象稱之冷脆性；在低溫時(shí)更為嚴(yán)重，這種現(xiàn)象稱之冷脆性； 氧的影響：氧除部分溶于鐵素體中外，另一部分形成氧氧的影響：氧除部分溶于鐵素體中外，另一部分形成氧化物存在于鋼中，使鋼的韌性降低；化物存在于鋼中，使鋼的韌性降低； 氮的影響：氮主要是增加時(shí)效

18、敏感性，使強(qiáng)度增加，韌氮的影響：氮主要是增加時(shí)效敏感性，使強(qiáng)度增加，韌性降低；性降低； 氫的影響：鋼中溶入氫會(huì)引起鋼的氫脆和產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷，氫的影響：鋼中溶入氫會(huì)引起鋼的氫脆和產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷，嚴(yán)重降低鋼的塑性和韌性。嚴(yán)重降低鋼的塑性和韌性。21壓力容器用材壓力容器用材壓力容器常用鋼材介紹壓力容器常用鋼材介紹碳素鋼：指普通低碳鋼，生產(chǎn)方便、成本碳素鋼：指普通低碳鋼，生產(chǎn)方便、成本低、性能良好，但耐腐蝕性較差。低、性能良好，但耐腐蝕性較差。Q235-A Q-Q235-A Q-屈服強(qiáng)度漢語拼音屈服強(qiáng)度漢語拼音 235-235-屈服強(qiáng)度值（屈服強(qiáng)度值（MPaMPa） 質(zhì)量等級(jí)為質(zhì)量等級(jí)為A A級(jí)級(jí)20R2

19、0R、20g20g優(yōu)質(zhì)碳素容器板、鍋爐板優(yōu)質(zhì)碳素容器板、鍋爐板22低合金鋼：低合金鋼： 是一種低碳結(jié)構(gòu)用鋼，其合金元素含量較是一種低碳結(jié)構(gòu)用鋼，其合金元素含量較少，但強(qiáng)度比碳鋼高得多，具有良好的焊少，但強(qiáng)度比碳鋼高得多，具有良好的焊接性能和耐蝕性能，有優(yōu)良的塑性、比碳接性能和耐蝕性能，有優(yōu)良的塑性、比碳鋼有更低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。但是工藝較普鋼有更低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。但是工藝較普通碳鋼要求嚴(yán)格，特別是焊接工藝。通碳鋼要求嚴(yán)格，特別是焊接工藝。 16MnR16MnR、 15MnR15MnR、 16MnVNR16MnVNR、 16MnDR16MnDR、23低溫鋼：用于制造低溫容器的結(jié)構(gòu)專用鋼。鐵素低溫鋼

20、：用于制造低溫容器的結(jié)構(gòu)專用鋼。鐵素體型鋼、低碳馬氏體型鋼、奧氏體型鋼。體型鋼、低碳馬氏體型鋼、奧氏體型鋼。 16MnDR16MnDR不銹鋼：包括不銹鋼獲得不銹耐酸鋼。可分為鐵不銹鋼：包括不銹鋼獲得不銹耐酸鋼?？煞譃殍F素體型鋼、奧氏體型鋼、奧氏體鐵素體型鋼（雙素體型鋼、奧氏體型鋼、奧氏體鐵素體型鋼（雙鉬鋼）、馬氏體型鋼。含碳量較低，主要合金元鉬鋼）、馬氏體型鋼。含碳量較低，主要合金元素是鉻和鎳。素是鉻和鎳。0Cr130Cr13、0Cr17Ni0Cr17Ni1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti，由于屬高碳級(jí)（，由于屬高碳級(jí)（C0.12%)C0.12%)不銹鋼不銹鋼, ,抗晶間腐蝕能力較低抗晶間腐蝕能力較低, ,轉(zhuǎn)而用轉(zhuǎn)而用0Cr18Ni9