第二篇压力容器

上一内容下一内容回主目录返回第二篇压力容器第六章压力容器与化工设备常用材料第七章压力容器的薄膜应力、弯曲应力、二次应力第八章内压容器第九章外压容器与压杆的稳定计算第十章法兰连接第十一章人孔、手孔、视镜和液面计第十二章开孔补强与设备凸缘第十三章容器支座第十四章容器的焊接结果第十五章压力容器的监察管理与定期检验上一内容下一内容回主目录返回1金属的晶体结构2铁碳合金3碳素钢4合金钢5压力容器用钢板的检验6锻件与紧固件7铸铁8铜及铜合金9铝及铝合金10钛及钛合金第六章压力容器与化工设备常用材料上一内容下一内容回主目录返回第一节金属的晶体结构金属原子结构特点：最外层的电子数很少，一般只有一二个；最外层电子与原子核的结合力较弱，因此很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子。金属键：在金属中自由电子，在所有的金属正离子之间穿梭运动，把带正电的金属离子牢固地束缚在一起，这种金属原子之间的结合方式称为金属键。一、金属原子结构特点与金属键上一内容下一内容回主目录返回第一节金属的晶体结构二、金属原子的晶体结构金属是晶体——金属晶体是以密堆积形成的。实际使用的金属是多晶体组织，具有各向同性，实际强度比理论强度低几十倍甚至几百倍。体心六方晶格面心六方晶格密排六方晶格上一内容下一内容回主目录返回1金属的晶体结构2铁碳合金3碳素钢4合金钢5压力容器用钢板的检验6锻件与紧固件7铸铁8铜及铜合金9铝及铝合金10钛及钛合金第六章压力容器与化工设备常用材料上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金α-Fe：体心立方晶格结构（910℃）的铁称为α-Feγ-Fe：面心立方晶格结构（910℃）的铁称为γ-Feα-Fe和γ-Fe可相互转变，α-Fe经加热可转变为γ-Fe，反之高温下的α-Fe冷却可变为γ-Fe，这种转变称“同素异构转变”。铁的同素异构转变是铁原子在固态下重新排列的过程，实质上也是一种结晶过程，构成铁碳合金一系列性能的依据，是钢进行热处理的依据。体心立方晶格面心立方晶格1）铁FeFeC910上一内容下一内容回主目录返回（二）碳碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中加入少量的碳，强度显著增加。碳在铁碳合金中的存在形式有三种：固溶体、化合物和混合物。1.固溶体固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体。碳铁固溶体：碳原子挤到铁的晶格中间去又不破坏铁所具有的晶格结构。铁原子碳原子第二节铁碳合金上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金铁素体：碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体α-Fe原子间隙小，溶碳能力低（最大溶解度不超过0.02％），铁素体的性质与纯铁相似，强度和硬度低，但塑性和韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。室温时，钢的组织中只有铁素体，没有奥氏体。奥氏体：碳溶解在γ-Fe中形成固溶体称奥氏体。γ-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比α-Fe中大得多（723℃0.8％，1147℃2.06％）。奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变时产生的。奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金铁碳合金中的碳不能全部溶入α-Fe或γ-Fe中时，剩余的碳将和铁形成一种化合物（Fe3C），称为渗碳体。渗碳体的硬度极高，塑性几乎等于零，是一个硬而脆的组织。纯粹的渗碳体又硬又脆无法应用。但在塑性很好的铁素体基体上散布着这些硬度很高的微粒，将大大提高材料的强度。含碳量越高，钢中的渗碳体越多，钢的强度和硬度越高，但塑性和韧性越低。通常C2.11%为钢，C2.11%为铁。当把刚加热至高温，铁素体转变为奥氏体，增加溶碳量上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金当铁碳合金中的碳含量较高（2.11%）时，不能溶解铁中的碳将由以石墨状态存在，这种合金称为铸铁。3.混合物－碳以石墨状态单独存在石墨本身性软，且强度很低，所以铸铁的抗拉强度和塑性都比碳钢低。但是石墨的存在，并不削弱抗压强度，并且使铸铁具有一定消震能力。铸铁中石墨的存在形式与分布球状石墨细片状石墨粗片状石墨铸铁中石墨的存在形式不同，球状石墨的铸铁称球墨铸铁，它的强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金名称定义最大含碳量性能特点铁素体碳在α-Fe中的固溶体，体心立方晶格0.02%塑性韧性好，强度硬度低，常作基体奥氏体碳在γ-Fe中的固溶体，面心立方晶格2.11%高塑性，易变形，存在于高温常作锻压状态组织渗碳体铁与碳结合生成的新相，复杂晶格6.69%硬而脆，是钢中的强化相铁碳合金基本组织的性质及性能特点上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物。珠光体力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。4.珠光体莱氏体：珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。莱氏体具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。5.莱氏体上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金马氏体：钢和铁从高温急冷下来的组织，含有过饱和碳的α-Fe固溶体。马氏体具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。6.马氏体上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金铁碳平衡状态图珠光体莱氏体珠光体+渗碳体珠光体+渗碳体渗碳体莱氏体+奥氏体+渗碳体渗碳体莱氏体+奥氏体+渗碳体奥氏体+铁素体奥氏体铁素体珠光体+铁素体液体液体+奥氏体T/℃90070014000.72.114.3ACDSEGPFK上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金三.过冷奥氏体的恒温转变钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727oC以下时秉承不稳定的过冷奥氏体。上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金四、钢的热处理热处理：将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。热处理目的：改进钢的加工工艺性能，充分发挥钢材的潜力，提高其使用性能，节约成本，延长工件的使用寿命。热处理工艺不仅应用于钢和铸铁，亦广泛应用于其它材料。热处理普通热处理表面热处理退火正火淬火回火表面淬火火焰加热表面淬火感应加热表面淬火化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金正火：把钢（工件）放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，置于空气中冷却。正火目的：细化晶粒，提高韧性，有比退火更高的强度与硬度。正火与退火不同之处：正火的冷却速度要比退火快一些，因而晶粒变细，钢的韧性可显著提高。铸件、锻件切削加工前一般进行退火或正火。1.退火和正火退火：把钢（工件）放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却下来的一种热处理工艺。退火目的：消除组织缺陷、降低硬度、提高塑性、便于冷加工、消除内应力、防止工件变形。上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金2.淬火和回火淬火：把钢（工件）放在炉中缓慢加热至淬火温度(临界点以上30℃～50℃)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。淬火后得到的组织是马氏体，可增加硬度、强度和耐磨性。针对不同的钢种，淬火剂有空气、油、水、盐水，其冷却能力递增。一般碳钢在水和盐水中淬火，合金钢导热性能比碳钢差，一般在油中淬火。上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金回火：把淬火后的钢件重新加热到一定温度，经保温烧透后再行冷却的一种热处理操作。回火目的：可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。回火分类：低温回火、中温回火、高温回火低温回火：在150℃～250℃范围内的回火。目的是不降低硬度消除内应力。刃具、量具，要进行低温回火处理。中温回火：300℃～450℃回火。目的是消除内应力降低硬度提高弹性。弹簧、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火：500℃～680℃回火。可以获得塑性、韧性和强度均较高的优良综合机械性能。调质处理：淬火后的高温回火。可提高钢材的综合机械性能，广泛用于各种重要零件中。上一内容下一内容回主目录返回第二节铁碳合金3.化学热处理化学热处理：把钢放在一定介质中加热到一定温度，使介质原子渗入钢内改变钢表面层化学成分和组织结构，从而获得某些特殊性能。种类：渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；渗铝可提高耐热、抗氧化性；氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨和耐腐蚀性；渗硅可提高耐酸性等上一内容下一内容回主目录返回1金属的晶体结构2铁碳合金3碳素钢4合金钢5压力容器用钢板的检验6锻件与紧固件7铸铁8铜及铜合金9铝及铝合金10钛及钛合金第六章压力容器与化工设备常用材料上一内容下一内容回主目录返回第三节碳素钢一、碳钢的分类和编号按质量分类普通碳素钢钢号由屈服限Q、质量等级（A-D），脱氧方法组成优质碳素钢两类31个钢号，钢号的数字代表碳平均含量的万分值按含碳量分类低碳钢：0.3%强度较低、塑性最好，适宜制作焊接容器及负载不大的机械零件；中碳钢：0.3-0.6%强度塑性适中，适宜制作轴、齿轮、高压设备顶盖等重要零件；高碳钢：0.6%强度及硬度较高，塑性较差，用于制造弹簧、钢丝等。1.碳钢的分类上一内容下一内容回主目录返回第三节碳素钢思考：（1）请完整描述Q215-A.F所代表的意思？（2）15Mn、70Mn、15三个钢号有什么区别？上一内容下一内容回主目录返回第三节碳素钢容器专用钢板20R锅炉专用钢板和钢管钢板钢号：20g钢管钢号：20G焊接气瓶专用薄钢板HP245~HP365船用钢板A、B3）专用钢材上一内容下一内容回主目录返回第三节碳素钢二、碳钢的性能碳钢的力学性能与钢的含碳量、热处理条件、零件尺寸、使用温度有关。P108-1101.力学性能碳钢有较好的制造工艺性能，可以进行铸造、锻压、焊接、切削等各种形式的冷、热加工。2.制造工艺性能3.耐腐蚀性碳钢的耐腐蚀性较差，在盐酸、硝酸、稀硫酸、醋酸氯化物溶液及浓碱中均能被腐蚀。耐浓硫酸、浓度30%稀碱腐蚀上一内容下一内容回主目录返回第三节碳素钢四、碳钢的品种厚钢板厚度：4mm～6mm厚度间隔为0.5mm6mm～30mm厚度间隔为lmm30mm～60mm厚度间隔为2mm常用的碳素钢板材有Q235-A、Q235-A·F、08、10、15、20等品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢（一）钢板钢板主要用于制造容器的壳体和封头，分薄钢板(0.2-0.4mm)和厚钢板。上一内容下一内容回主目录返回第三节碳素钢钢管分无缝钢管和有缝钢管。有缝钢管用于输送水、煤气、空气、取暖蒸汽等低压流体。工作压力高压0.6Mpa，不允许使用有缝钢管。无缝钢管有冷拔和热轧管。无缝钢管用于压力容器和化工设备。（二）钢管1.钢管的种类及其常用标准上一内容下一内容回主目录返回第三节碳素钢2.钢管的尺寸（1）无缝钢管的尺寸钢管外径d0公称直径DN注：钢管的公称直径是根据法兰的公称直径系列人为规定的（2）有缝钢管的尺寸上一内容下一内容回主目录返回1金属的晶体结构2铁碳合金3碳素钢4合金钢5压力容器用钢板的检验6锻件与紧固件7铸铁8铜及铜合金9铝及铝合金10钛及钛合金第六章压力容器与化工设备常用材料上一内容下一内容回主目录返回第四节合金钢合金钢：为了改善碳钢的性能，在碳钢中熔入某些合金元素得到的钢。碳钢存在一定缺点：碳钢的强度低（×）碳钢的耐腐蚀性差（×）碳钢的使用温度范围较窄（×）分类：根据熔入合金元素的多少，合金钢可以分为低合金钢和高合金钢两类。上一内容下一内容回主目录返回第四节合金钢合金元素对钢材性能的影响：降低钢材的临界淬火速度增加钢组织的分散度提高铁素体的强度减少马氏体的脆性提高钢材的高温