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压力容器材料基本知识微信：sb5050sb邮箱：sb5050＠163.com博客：机械设计高级工程师压力容器设计A2级审批员机电工程一级建造师(湖南)孙斌目录一、压力容器基本概念1压力容器的基本法规标准2压力容器的管辖范围3压力容器的分类二、压力容器基本材料1材料基础知识1.1钢材分类1.2钢材性能1.3压力容器用钢的一般要求1.4压力容器用钢选用原则2压力容器材料2.1压力容器用钢板2.2压力容器用钢管2.3压力容器用锻件2.4压力容器用棒料一、压力容器基本概念1压力容器的基本法规标准2压力容器的管辖范围3压力容器的分类1压力容器的基本法规标准1.1法律、规程、条例A《特种设备安全法》（升级、取代国务院（2009）549号《特种设备安全监察条例》（20140101实施）BTSGR0004－2009《固定式压力容器安全技术监察规程》（20101201实施）（简称《固容规》CTSGR0005－2009《移动式压力容器安全技术监察规程》（20101201实施）DTSGR1001－2008《压力容器压力管道设计许可规则》（20030101实施）E《锅炉压力容器制造监督管理办法》（国质监22号令-20030101实施）1压力容器的基本法规标准1.2（强制性）技术标准AGB150.1∽4-2014《压力容器》（取代GB150-1998)通用规定、材料、设计、制造与检验常规设计--弹性失效（20120301实施）简称GB150BGB151-1999《管壳式换热器》（GB/T151-2014《热交换器》(20150401实施）CJB4732-1995《钢制压力容器－分析设计标准》应力分析设计--弹塑性失效2压力容器的管辖(适用)范围2.1TSGR0004-2009《固容规》）(★★★监检)①PW5≥0.1MPa；②PV≥2.5MPa.L；③盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。2.2GB150.1∽4-2011《压力容器》①P≮0.1MPa，且≯35MPa，或者真空度（外压）不低于0.02MPa；②设计温度：－269℃～900℃；③内直径：不小于150mm3压力容器的分类3.1按作用原理分类反应、换热、分离、储存图例说明储存容器-卧式容器结构示意图1－液位计2－封头3－接管4－法兰5－筒体6－人孔7－补强圈8－支座液氨球罐结构示意图1－接地板2－拉杆3－下极管口4－支柱5－防火隔热层6－球壳7－极板8－上极管口9－人孔1）储存容器反应容器-中温变换炉（左图）结构示意1－裙座2、6、8、14－气体进、出管口3－椭圆封头4－耐火保温层5－圆筒壳体7－球冠形封头9－填料支承结构10、14－人孔、卸料孔11—吊耳12—接管13、15—温度计16—填料（触媒）17—检查孔反应器-搅拌容器（右图）结构示意1－内壳封头2－夹套筒体3－盘管4－压出管5－支座6－搅拌轴7－上封头8－轴9－传动装置10－人孔11－搅拌浆叶2）反应容器换热器结构示意图（上图浮头式、下图固定管板式）1－封头2－垫圈3－螺栓4－螺母5－筒体6－换热管7－法兰8－右管箱9－浮头盖10－浮头管板11－鞍座13－耳座14－膨胀节3）换热器板式塔器(左图)的结构示意图1－吊柱2－气体出口3－回流液入口4－蒸馏段塔盘5－壳体6－料液进口7－人孔8－提馏段塔盘9--气体入口10—裙座11—釜液出口12—检查孔填料塔器（右图）的结构示意图1－吊柱2－气体出口3－喷淋装置4－人孔5－壳体6－液体再分配器7－填料8－卸填料人孔9—支承装置10—气体入口11—液体出口12—裙座13—检查孔4）分离容器3压力容器的分类3.2按压力等级分类《固容规》，按压力容器的设计压力（p）划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级：1）低压（代号L），0.1MPa≤p＜1.6MPa；2）中压（代号M），1.6MPa≤p＜10.0MPa；3）高压（代号H），10.0MPa≤p＜100MPa；4）超高压（代号U），p≥100.0MPa。3压力容器的分类3.3按危险性分类《固容规》，先把压力容器的介质按危害性分为以下两组。第一组介质：毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质；易燃介质；液化气体；第二组介质：由除第一组以外的介质组成，如水蒸汽、氮气等。然后，根据介质特性组别设计压力p（单位Mpa）容积V（单位为L）综合划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。具体分类查表确定。3压力容器的分类3压力容器的分类3.4按压力容器设计、制造许可证分类A、B、C、D、SAD五个大级别。A级（1）A1级：超高压容器、高压容器；（2）A2级：第Ⅲ类低、中压容器；（3）A3级：球形储罐；（4）A4级：非金属压力容器B级气瓶C级。（1）C1级：铁路罐车；（2）C2级：汽车罐车、长管拖车；（3）C3级：罐式集装箱。D级。（1）D1级：第Ⅰ类压力容器；（2）D2级：第Ⅱ类压力容器。SAD级。应力分析设计压力容器。3压力容器的分类3.5按温度分类GB150规定，设计温度低于-20℃的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器，以及设计温度低于-196℃的奥氏体不锈钢制容器，属于低温容器。特殊要求:材料、设计、结构、制造、检验3.6其它分类方法按容器主体材料分有：钢制（碳素钢、低合金钢、高合金钢）、铝制、钛制、其它有色金属等。按结构形式分有：单层、锻焊、多层包扎、绕带、绕板、热套、无缝。按容器截面形状分有：圆形截面、非圆形截面。按主轴线方向分有：立式、卧式。按容器壁厚分有：薄壁、厚壁。。1材料基础知识1.1钢材分类1.2钢材性能1.3压力容器用钢的一般要求1.4压力容器用钢选用原则2压力容器材料2.1压力容器用钢板2.2压力容器用钢管2.3压力容器用锻件2.4压力容器用棒料2.5压力容器用有色金属及其合金(略)2.6压力容器用焊接材料（略）二、压力容器材料1.1钢材分类1材料基础知识--钢材分类钢材的分类按化学成分分类按品质分类按冶炼方法分类按金相组织分类按用途分类普通钢沸腾钢奥氏体钢建筑及工程用钢碳素钢高合金钢优质钢高级优质钢特级优质钢低合金钢镇静钢半镇静钢铁素体钢珠光体钢工具钢特殊性能钢专业用钢结构钢1.1钢材分类压力容器用钢1材料基础知识--钢材分类压力容器用钢碳素钢低合金钢高合金钢碳素结构钢低合金高强钢不锈钢低温用钢中温抗氢钢低合金耐蚀钢耐热钢1材料基础知识--钢材的性能1.2钢材的性能（1）机械性能1、材料的强度（1）抗拉强度σb（Rm）（2）屈服极限σs（ReH,ReL）（3）持久强度（4）蠕变极限（5）疲劳极限σf2、材料的塑性（1）延伸率δ（2）断面收缩率ψ（3）冷加工工艺性能1材料基础知识--钢材的性能（1）冲击韧性Akv（2）断裂韧性Kic,COD（3）无塑性转变温度NDT4、材料的硬度（1）布氏硬度HB（2）洛氏硬度HR（3）维氏硬度HV3、材料的韧性5、温度对钢的机械性能的影响升高强度降低韧性脆性断裂低温钢1、耐大气、海水腐蚀2、耐酸腐蚀3、耐碱腐蚀注意：耐蚀性不是材料的固有特性，它随材料的工作条件而改变。例如：铁、碳钢、不锈钢、铜不同条件下的耐蚀性。工程应用意义：选材硫酸—碳钢；尿素—S316031材料基础知识--钢材的性能（2）钢材的耐蚀性能1材料基础知识--钢材的性能（3）钢材的化学成份与钢材牌号1、钢材的常用合金元素及其作用（铁、碳之外）元素名称作用Mn抑制FeS生成，防止热脆；细化珠光体组织；提高淬透性。Si提高淬透性和抗回火性；增强在大气环境中的耐蚀性。Cr增加淬透性；提高高温抗氧化性；增加热强性。Ni细化铁素体提高塑性和韧性；改善耐蚀性；提高热强性。Mo提高淬透性；增加热强性；增强耐蚀性(有机酸及还原性介质)。Ti固溶强化；增加回火稳定性；提高抗晶间和应力腐蚀能力。V增加回火稳定性；细化晶粒提高韧性；提高σn和σD；抗氢腐蚀。Nb增加回火稳定性；细化晶粒提高韧性；改善焊接性。Al固溶强化；细化晶粒；改善抗高温氧化性和对H2S气体耐蚀性。2、钢材牌号1）碳钢的编号A以钢材的屈服点及质量等级进行编号，如：Q235A.F，各字符含义如下：Q—钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；235表示钢材的屈服强度为235MPa。A、B、C、D—分别为质量等级；F—沸腾钢“沸”字汉语首位字母；B—半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母；Z—镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；TZ—特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母；在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号予以省略。B碳钢编号除按屈服强度编号外，还有一种编号方法，以钢材的含碳量的万分之几表示：如10#钢、20#钢等，其碳含量分别为0.1%和0.2%。1材料基础知识--钢材的性能2）合金钢的编号数字＋化学元素符号＋数字表示，第一个数字表示钢材的碳含量，以万分之几表示，后面的数字表示合金元素的含量，以百分之几表示，中间的化学元素符号表示合金元素的种类，当合金元素含量≤1.5%时，一般省略中间的数字。如：16Mn表示碳含量为0.16%，Mn含量≤1.5%3）特殊钢的编号A体不锈钢，含碳量≯0.1%(晶间腐蚀)---低碳、超低碳当含碳量≤0.08%及0.04%时分别用0(08)以及00(03)表示。如:0Cr18Ni9（S30408)、00Cr17Ni14Mo2(S31603)1材料基础知识--钢材的性能1材料基础知识--压力容器用钢要求1.3压力容器用钢的一般要求1、化学成分（C、P、S限制）1）用于焊接的碳素钢和低合金钢C≤0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％。2）压力容器专用钢中碳素钢和低合金钢（钢板、钢管和钢锻件）的磷、硫含量应当符合下列要求：a碳素钢和低合金钢钢材基本要求，P≤0.030％、S≤0.020％；bRm大于等于540MPa的钢材，P≤0.025％、S≤0.015％；c用于设计温度低于-20℃，并且Rm小于540MPa的钢材，P≤0.025％、S≤0.012％。d用于设计温度低于-20℃，且Rm大于等于540MPa的钢材，P≤0.020％、S≤0.010％。1材料基础知识--压力容器用钢要求2、机械性能：足够高的强度、良好的韧性和塑性、足够的断裂韧性、低的无塑性转变温度（NDT）。3、制造工艺性能：良好的塑性、可焊性（C、Ceq、Pcm、焊接接头硬度）。4、特殊性能：耐高温、耐低温和耐腐蚀性。1材料基础知识--压力容器用钢要求3、制造工艺性能：良好的塑性、可焊性（C、Ceq、Pcm、焊接接头硬度）。4、特殊性能：耐高温、耐低温和耐腐蚀性。1材料基础知识--压力容器用钢选用设计压力1.4压力容器用钢选用原则3）容器制造工艺1）容器的使用条件设计温度化学性能操作特点2）材料性能力学性能介质特性工艺性能物理性能4）经济合理性2.1压力容器用钢板2.2压力容器用钢管2.3压力容器用锻件2.4压力容器用棒料2压力容器材料2.1压力容器钢板2.1.1碳素结构钢板2.1.2低合金高强度钢板2.1.3低温钢板2.1.4中温抗氢钢板2.1.5不锈钢板2.1.6不锈钢复合钢板2压力容器材料--钢板2.1.1碳素结构钢板（不含合金元素）1）常用钢号：Q235-B，Q235-C，GB/T3274-2007《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》Q245R，GB713-2014《锅炉和压力容器用钢板》2压力容器材料--钢板2压力容器材料--钢板2）化学成分与力学性能碳素结构钢钢板化学成分见下表碳素结构钢钢板力学性能见下表Q245RGB713-201≤0.350.50～1.00≤0.025≤0.015Q245R热轧控轧或正火3～16400~52024525横向0℃≥3116~3623536~6022560~100390~51020524100~150380~5001853）使用限制：2压力容器材料--钢板钢号标准钢板状态容器设计压力（MPa）钢板使用温度（℃）容器壳体用钢板厚度(mm)容器中的介质Q235-BGB/T3274-2007热轧≤1.620~300≤16不得用于毒性为高度和极度介质Q2