压力容器材料.

压力容器材料3.1.1压力容器常用钢材一、钢材形状钢材的形状包括板、管、棒、锻件、铸件等。压力容器用钢主要是板、管材和锻件壳体、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（1）钢板主要用途加工要求性能要求接管、换热管等无缝钢管、卷制下料、焊接、热处理较高的强度、塑性和良好的焊接性能（2）钢管主要用途主要来源加工要求性能要求（3）锻件高压容器的平盖、端部法兰与接管法兰等主要用途分级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。级别越高，要求检验项目越多，越严格，价格越高。压力容器常用有色金属：铜及其合金铝及其合金镍和镍合金钛和钛合金3.1.2有色金属在退火状态下塑性好，综合指标均衡且性能稳定，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。我国《固定式压力容器安全技术监察规程》中的有色金属主要有以下几种。纯铜和黄铜的设计温度不高于200℃。纯铜的导热率是压力容器用各种金属材料中最高的。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：深冷就是指-100℃以下的温度，实质上就是气体液化技术。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；◆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含镁量大于或者等于3%的铝合金（如5083/5086），其设计温度范围为-269~65℃；其它牌号的铝和铝合金，其设计温度范围为-269~200℃。设计压力应不大于16MPa。2、铝及其合金3、镍和镍合金特性：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，设计温度范围为-268~900℃。由于价格高，一般只用于制造特殊要求的压力容器。镍及其合金用于特殊用途的零部件、仪器制造、机器制造，火箭技术装备中，原子反应堆，用于生产碱性蓄电池，多孔过滤器，催化剂，以及零部件与半制品的防蚀电镀层等,镍被视为国民经济建设的重要战略物质特性：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/m3）、强度高（相当于Q245R）、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；◆设计温度不高于315℃。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。4、钛及钛合金3.4.1压力容器用钢的基本要求压力容器用钢的基本要求较高的强度良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性改善钢材性能的途径化学成分的设计组织结构的改变零件表面改性一、化学成分钢材化学成分对其性能和热处理有较大的影响。1、碳碳含量强度增加可焊性变差焊接时易在热影响区出现裂纹2、钒、钛、铌等3.4压力容器材料选择压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25%在钢中加入钒、钛、铌等元素，可提高钢的强度和韧性。3.4.1压力容器用钢的基本要求3、S、P是钢中最主要的有害元素硫——能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。磷——能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度因此，与一般结构钢相比，压力容器用钢对硫、磷、氢等有害杂质元素含量的控制更加严格。例如，中国压力容器用钢的硫和磷含量分别应低于0.020%和0.030%。随着冶炼水平的提高，目前已可将硫的含量控制在0.002%以内。可提高钢材的韧性、抗应变时效性能、抗回火脆化性能、抗中子辐照脆化能力和耐腐蚀性能。所以，化学成分对热处理也有决定性的影响，如果对成分控制不严，就达不到预期的热处理效果。二、力学性能材料的力学行为—由于载荷（如载荷种类、作用方式等）和应力状态的不同，以及钢材在受力状态下它所处的工作环境的不同，钢材受力后所表现出的不同行为，称为材料的力学行为。钢材的力学行为，不仅与钢材的化学成分、组织结构有关，而且与材料所处的应力状态和环境有密切的关系。力学性能决定力学行为临界裂纹尺寸的大小主要取决于钢的韧性。如果钢的韧性高，压力容器所允许的临界裂纹尺寸就越大，安全性也越高。为防止发生脆性断裂和裂纹快速扩展，压力容器常选用韧性好的钢材。临界裂纹尺寸：在载荷的作用下，压力容器中的缺陷常会发生扩展，当裂纹扩展到某一临界尺寸时将会引起断裂事故。三、制造工艺性能制造过程中进行冷卷、冷冲压加工的零部件要求钢材有良好的冷加工成型性能和塑性。◇冷加工的要求◇焊接的要求压力容器各零件间主要采用焊接连接，良好的可焊性是极其重要的指标。碳——其中影响最大的是含碳量。含碳量愈低，愈不易产生裂纹，可焊性愈好。压力容器零件材料选择综合考虑压力容器的使用条件材料性能材料使用经验（历史）综合经济性规范标准相容性压力容器钢材的选择一.压力容器的使用条件使用条件包括设计温度、设计压力、介质特性和操作特点，材料选择主要由使用条件决定。例如，温度容器使用温度低于0℃时，不得选用Q235系列钢板；对于高温、高压、临氢压力容器，材料必须满足高温下的热强性(蠕变极限、持久极限)、抗高温氧化性能、抗氢腐蚀及氢脆性能，应选用抗氢钢，如15CrMoR。用碳素钢或珠光体耐热钢作为抗氢钢时，应按Nelson设计曲线选用。压力对于压力很高的容器，常选用高或超高强度钢。由于钢的韧性往往随着强度的提高而降低，此时应特别注意强度和韧性的匹配，在满足强度要求的前提下，尽量采用塑性和韧性好的材料。这是因为塑性、韧性好的高强度钢，能降低脆性破坏的概率。在承受交变载荷时，可将失效形式改变为未爆先漏，提高运行安全性。二.相容性相容性是指材料与其相接触的介质或其它材料相容。——对于腐蚀性介质，应选用耐腐蚀材料材料与介质相容材料与材料相容——需要焊接连接的材料，焊接性、效果要匹配三.零件的功能和制造工艺明确零件的功能和制造工艺，据此提出相应的材料性能要求，如强度、耐腐蚀性等。例如，筒体和封头的功能主要是形成所需要的承压空间，属于受压元件，且与介质直接接触，对于介质腐蚀性很强的中、低压压力容器，它们应选用耐腐蚀的压力容器专用钢板；而支座的主要功能是支承容器并将其固定在基础上，属于非受压元件，且不与介质接触，除垫板外，可选用一般结构钢，如普通碳素钢。选材时还应考虑制造工艺的影响。例如，主要用于强腐蚀场合的搪玻璃压力容器，其耐腐蚀性能主要靠搪玻璃层来保证，由于含碳量超过0.19％时玻璃层不易搪牢，且沸腾钢的搪玻璃效果比镇静钢好，可选用沸腾钢(如Q235A•F)。对成功的材料使用实例，应搞清楚所用材料化学成分(特别是硫和磷等有害元素)的控制要求、载荷作用下的应力水平和状态、操作规程和最长使用时间。因为这些因素，会影响材料的性能。即使使用相同钢号的材料，由于上述因素的改变，也会使材料具有不同的力学行为。对不成功的材料使用实例，应查阅有关的失效分析报告，根据失效原因，采取有针对性的措施。四.材料的使用经验(历史)五.综合经济性影响材料价格的因素主要有冶炼要求(如化学成分、检验项目和要求等)、尺寸要求(厚度及其偏差、长度等)和可获得性等。一般情况下，相同规格的碳素钢的价格低于低合金钢，低合金钢的价格低于不锈钢。不锈钢的价格低于大多数有色金属。当所需不锈钢的厚度较大时，应尽量采用复合板、衬里、堆焊或多层结构。与介质接触的复层、衬里、堆焊层或内层，用耐腐蚀材料，而外层用一般压力容器用钢。在有的场合，虽然有色金属的价格高，但由于耐腐蚀性强，使用寿命长，采用有色金属可能更加经济。