第二章压力容器.doc

压力容器的设计制造 材料与安全 材料的性能 力学性能 材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。常规力学性能主要指标有：强度、塑性、韧性和硬度。 强度 是指材料在外力作用下对变形和断裂的抵抗能力。强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，是材料抵抗外力作用能力的标志；常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度，高温下还要考虑蠕变强度。 塑性 是指材料在断裂前发生塑性变形的能力。其主要指标有伸长率、断面收缩率、冲击韧性等。用塑性好的材料制造容器，可以缓解局部应力的不良影响，有利于加工，不易发生脆性断裂，对缺口和伤痕不敏感，发生爆炸时不易产生碎片。 韧性 是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。 硬度 是衡量材料软硬程度的一个性能指标。一般按照测试方法不同分为：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV），其值表示材料表面抵抗坚硬物压入的能力。 以上四个指标之间是相互联系和制约的；如有些材料强度高，其伸长率以及冲击韧性却较低，因此选材时要综合考虑诸因素作全面分析。 物理性能 容器设计中，要注意到材料的物理性能：线膨胀系数、热导率、密度、电导率、弹性模量等。 耐腐蚀性能 介质对材料具有一定的腐蚀性，考虑材料的耐腐蚀性能，并合理选用材料可以增加材料的使用寿命。腐蚀的强弱主要看腐蚀速度的大小。 制造工艺性能 材料的制造工艺性能包括可锻性、可焊性、切削加工性能、热处理性能等。对化工容器来讲，焊接性能和压力加工性能更为重要 可焊性是指金属材料在一定的焊接工艺条件下能否获得优良焊接接头的性能。可焊性的好坏取决于两个方面，能否得到优质的焊接接头和使用的焊接方法是否普通简便。如果使用普通简便的焊接方法就能得到优质的焊缝，就称具有优良的焊接性能，可焊性好；如果要利用复杂的、特殊的焊接方式才能取得优质的焊缝，就称其具有较差的焊接性能，可焊性不好。 一般金属材料含有的碳元素越多，可焊性就越差；合金元素的增多也可能会导致可焊性降低。常把钢中含碳量的多少作为判别钢材可焊性的主要标志，含碳量低于0.25%的碳钢和低合金钢，一般具有良好的可焊性；含碳量大于0.25%的钢材可焊性较差，一般不应用于制造压力容器和锅炉。 影响材料性能的因素 冶炼方法 钢的冶炼过程就是把生铁中含有的大量有害杂质元素，在氧化反应作用下转化为氧化物，从而生产出纯铁的过程。在冶炼的过程中要尽量地使有害杂质成分降低，如磷、硫、氢和氮、氧等。 合金元素 在钢中添加一些合金元素，可以提高钢的力学性能。最主要的合金元素有锰、硅、铬、镍、钼、钛、铌、钒、铝和铜等。这些元素加入到钢中，对钢的物理性能和力学性能有很大影响： 强度与碳钢相同时，韧性大大提高； 强度提高，韧性仍不低于碳钢； 强度和韧性都提高。 各元素加入到钢中的主要影响有： 锰 在炼钢时加入锰进行脱氧而残留在钢中的，作为合金元素加入钢中的锰能够提高钢的强度和奥氏体钢的组织稳定性，不利影响是增加钢的过热敏感性和回火脆性。 硅 通常钢中硅的含量在0.2%~0.3%之间，当含量超过0.5%时，视为加入到钢中的合金元素。硅能够钢的强度、耐腐蚀性和耐热性，不利的是钢材的韧性和可焊性降低。 铬 能够提高钢的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，故铬钢综合力学性能很好。高铬钢是很好的不锈钢，但是其导热性能很差，升降温要缓慢，并注意保温。 镍 能使钢具有很高的强度、塑性和韧性。在铬钢中加入镍元素能够使钢具有良好的组织，具有良好的抗腐蚀能力和变形以及焊接性能。 钼 主要使钢具有耐热性和很高的高温力学性能。 钒 能够细化晶粒，提高晶粒粗化温度，降低钢材的过热敏感性，提高钢的强度和韧性。 制造工艺 压力容器用材，一般都要经过轧制、锻造、成型、焊接和热处理等加工后才能投入使用。这些过程对钢材的性能也会有很大的影响。加工过程会使金属产生过度的变形降低强度和韧性，焊接过程中通常会在焊缝中产生气孔或裂纹，影响钢材的综合性能。 温度 温度对钢材性能的影响非常复杂。一般分高温、常温、低温三个方面来进行考虑。 对于高温容器，其材料的选择主要考虑强度和合金组织稳定性两个问题。 对于常温容器，其材料的选择主要考虑保证常温使用寿命和避免产生脆性断裂。 对于低温容器，主要考虑材料的低温脆性断裂。 材料的选用 一般原则 选择压力容器用材必须考虑设备的操作条件、材料的焊接性能、冷热加工性能； 执行有关规定； 所选钢材应满足有关标准要求； 考虑经济合理性。 碳素钢 压力容器用碳素钢一般是含磷、硫杂质少，塑性好，焊接性能好的镇静钢。 压力容器用普通碳素钢有Q235-A·F、Q235-A、Q235-C、20R；优质普通碳素钢有10、20、25、35、45。 合金钢 低合金钢具有较好的力学性能，强度高，塑性、韧性好，具有较好的焊接性能和其他工艺性能，耐腐蚀性也比较