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,*,过程设备设计,辽宁石油化工大学 化机系,*,过程设备设计,辽宁石油化工大学 化机系,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,1,压力容器设计,正确的设计计算（包括强度、刚度和稳定性）计算，将力学响应限制在材料的许用范围内。,合理的材料选择,时间、环境的劣化作用,（充分考虑）,2,3.1 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,3,3.4 压力容器材料选择,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,4,3.1,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,5,3.1.1 压力容器常用钢材,一、钢材形状,主要是,板,、,管材,和,锻件,（1）钢板,壳体、封头、板状构件等,下料、卷板、冲压、焊接、热处理,较高的强度、良好的塑性、韧性、,冷弯性能和焊接性能,主要用途：,加工要求:,性能要求：,GB3531 低温压力容器用低合金钢钢板,GB6654 压力容器用钢板,6,（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,7,（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：,8,二、钢材类型,碳素钢,低合金钢,高合金钢,（按化学成分分类）,9,1、碳素钢,含碳量小于2.06的铁碳合金，含有少量的硫、磷、,硅、氧、氮等元素。,压力容器,用钢,优质碳素结构钢,压力容器专用钢板,Q235-B、Q235-C钢板；,10、20钢钢管；,20、35钢锻件。,20R （R表示压力容器专用钢板）,强度低，塑性和可焊性较好价格低廉；,常用于常压或中、低压容器；,也做垫板、支座等零部件材料。,20R的特点和应用场合：,10,2、低合金钢,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。,11,压力容器常用低合金钢：,16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR;,07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR,16Mn、09MnD;,16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、,2.25Cr-1Mo。,（D表示低温用钢）,钢板,钢管,锻件,12,应用介绍,1、16MnR,屈服点 为,340MPa,级的压力容器专用钢板,是我国压力容器行业使用量最大的钢板,具有良好的综合力学性能、制造工艺性能,主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器,13,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专用钢板,16MnDR,可用于-40 的钢种,液氨储罐等设备,（降低碳含量，并加镍和微量钒）,15MnNiDR,提高了低温韧性,-40,级低温球形容器,09MnNiDR,-70,级低温压力容器用钢,用于制造液丙烯（-47.7 ）、液硫化氢（-61 ）等设备,14,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,15,应用介绍,4、20MnMo、 09MnNiD、,2.25Cr-1Mo,锻件,20MnMo,常制造使用温度为-40470 的重要大中型锻件,良好的热加工和焊接工艺性能,09MnNiD,良好的低温韧性,常制造使用温度为-4045 的低温容器,较高的热强性、抗氧化性和良好的焊接性能,常制造高温（350480 ）、高压（ 25,MPa,）、临氢压力容器,2.25Cr-1Mo,16,3、高合金钢,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,铬钢,铬镍钢,铬镍钼钢,17,（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,18,（2）铬镍钢,0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10这三种钢均属于,奥氏体不锈钢,。,但长期在水及蒸汽中工作时，0Cr18Ni9有,晶间腐蚀,倾向，并且在氯化物溶液中易发生,应力腐蚀,开裂。,0Cr18Ni9,在固溶态，具有良好的塑性、韧性、冷加工性，在氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐腐蚀性亦佳,具有较高的抗晶间腐蚀能力，可在-196600温度范围内长期使用。,0Cr18Ni10Ti,为超低碳不锈钢，具有更好的耐蚀性。,00Cr19Ni10,19,（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,20,复合板,基层,：与介质不接触，主要起承载作用，通常为碳素钢和低合金钢。,复层,：与介质直接接触，要求与介质有良好的相容性，通常为不锈,钢、钛等耐腐蚀材料，其厚度一般为基层厚度的1/101/3。,复合板应用特点：,用复合板制造耐腐蚀压力容器，可大量节省昂贵的耐腐蚀材料，,从而降低压力容器的制造成本。,复合板的焊接比一般钢板复杂，焊接接头往往是耐腐蚀的薄弱,环节，因此壁厚较薄、直径小的压力容器最好不用复合板。,21,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。,焊接材料：,22,3.1.2 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：,铜及其合金,铝及其合金,镍及镍合金,钛及钛合金,23,在没有氧存在的情况下，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。,1、铜及其合金,特性,：,24,2、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,；,有良好的成型和焊接性能。,应用,：,可用来制作压力较低的贮罐、塔、热交换器，防止污染产品的设备及深冷设备,25,3、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，最高使用温度可,达900。,应用,：,由于价格高，一般只用于制造特殊要求的压力容器。,26,4、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/m,3,）、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,。,应用,：,在介质腐蚀性强、寿命长的设备中应用，可获,得较好的综合经济效果。,27,二、非金属材料,用途：,它既可以,单独用作结构材料,，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,。,压力容器用非金属材料要求：,除要求有良好的耐腐蚀性外，,还应有足够的强度，,好的热稳定性，,良好的加工制造性能。,缺点：,大多数材料耐热性不高，对温度波动比较敏感，与金属相比强度较低(除玻璃钢外)。,28,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,29,1、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。,30,热固性塑料,热塑性塑料,在一定温度下可以变软，而不发生化学变化，冷却后又变硬，,再加热又软化；,Eg.如聚氯乙烯、聚四氟乙烯、ABS等；,可用作制造低压容器的壳体、管道,也可用作密封元件、衬里等,的材料。,2、工程塑料,31,3、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。,32,5、搪瓷,搪瓷设备是由含硅量高的瓷釉通过900,0,C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，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。,33,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,34,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,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。,35,3、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。,代用材料的性能应由于被代用材料，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。,36,
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