压力容器材料及环境和时间对其性能的影响课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,2017/1/24,#,1,压力,容器材料,及环境和时间对其性能的影响,MATERIALS FOR PRESSURE VESSELS,AND INFLUENCES OF,ENVIRORMENT AND TIME,ON PROPERTIES OF THESE MATERIALS,2,压力容器设计,正确的应力分析和强度计算,合理的材料选择,时间效应、环境作用,（充分考虑）,3,1,压力容器材料,1.1,压力容器常用钢材,1.2,有色金属和非金属,2,压力容器制造工艺对钢材性能的影响,1,塑性变形,2,焊接,3,热处理,4,4,压力容器材料选择,4.1,压力容器用钢的基本要求,4.2,压力容器钢材的选择,3,环境对压力容器用钢性能的影响,3.1,温度,3.2,介质,3.3,加载速率,5,1,压力容器材料,1.1,压力容器常用钢材,1.2,有色金属和非金属,6,1.1,压力容器常用钢材,一、钢材形状,主要是,板,、,管材,和,锻件,(,按钢材供应形式,),（,1,）钢板,壳体、封头、板状构件等,下料、卷板、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：,7,（,2,）钢管,接管、换热管等,无缝钢管、卷制,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：,主要来源：,加工要求,:,性能要求：,8,（,3,）锻件,高压容器的平盖、端部法兰与接管法兰等,、,、,、,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：,9,二、钢材类型,（按冶金方法分类）,（按炉别）,（按脱氧程度）,平炉钢,转炉钢,电炉钢,沸腾钢,如,Q235-AF,镇静钢,如,Q235-A(Z),半镇静钢,如,Q235-Ab,10,（按用途分类）,结构钢,工具钢,特殊性能钢,专用钢,（按品质分类）,普通钢,优质钢,如,Q235-A,如,20,20R,11,碳素钢,低合金钢,高合金钢,（按化学成分分类）,C0.25%,工业纯铁,低碳钢,中碳钢,高碳钢,0.25%,C0.6%,C,0.6%,含合金总量,3%,高 碳,C,0.08%,低 碳,C0.08%,超低碳,C0.03%,超 纯,C0.01%,12,1,、碳素钢,含碳量,小于,06,的铁碳合金。以及含少量的硫、磷、,硅、氧、氮等元素。,压力容器用钢,碳素结构钢,压力容器专用钢板,Q235-B, Q235-C,10,、,20,钢钢管；,20,、,35,钢锻件。,20R,（,R,表示压力容器专用钢板）,20R,的特点和应用场合：,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。,13,20R,是在,20,钢基础上发展起来的,是容器专用钢,;,对,s,、,p,等有害元素控制更加严格,;,对钢材的表面质量和内部缺陷的要求也更高,;,比,20,钢多了冲击韧性要求,.,20R,和,20,的区别：,14,2,、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。,(1),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。,15,16MnR,、,15CrMoR,、,16MnDR,、,15MnNiDR,、,09MnNiDR;,(2),压力容器常用低合金钢：,16Mn,、,09MnD;,16Mn,、,20MnMo,、,16MnD,、,09MnNiD,、,25Cr-1Mo,。,（,D,表示低温用钢）,钢板,钢管,锻件,16,(3),应用介绍,a. 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,17,b. 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,18,c. 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,19,d. 20MnMo,、,09MnNiD,、,25Cr-1Mo,锻件,20MnMo,常制造使用温度为,-40,470 ,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,-40,45 ,的低温容器,12Cr1MoV,较高的热强性、抗氧化性和良好的焊接性能,常制造高温（,350,480 ,）、高压（ ,25,MPa,）、临氢压力容器,25Cr-1Mo,20,3,、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,21,（,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,22,（,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。,具有较高的抗晶间腐蚀能力，可在,-196,600,温度范围内长期使用。,为超低碳不锈钢，具有更好的耐蚀性。,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,0Cr18Ni10Ti,00Cr19Ni10,23,（,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,24,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。,25,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：,26,1.2,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,27,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。,1,、铜及其合金,特性,：,应用,：,是制造,深冷设备,的良好材料。,28,2,、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,29,3,、镍及镍合金,特性,：,应用,：,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,。,由于价格高，一般只用于制造特殊要求的压力容器。,30,4,、钛及钛合金,特性,：,应用,：,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,。,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。,31,二、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,),。,32,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,33,1,、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。,34,热塑性塑料,热固性塑料,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,35,3,、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。,36,5,、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。,37,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,