沒(méi)有幻燈片標(biāo)題-廣東石油化工學(xué)院

1、第三章 壓力容器材料以及環(huán)境和時(shí)間對(duì)其性能的影響,,MATERIALS FOR PRESSURE VESSELS AND INFLUENCES OF ENVIRORMENT AND TIME ON PROPERTIES OF THESE MATERIALS,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),壓力容器設(shè)計(jì),,正確的應(yīng)力分析和強(qiáng)度計(jì)算,合理的材料選擇,時(shí)間效應(yīng)、環(huán)境作用,,（充分考慮）,教學(xué)重點(diǎn)： 壓力容器常用鋼材。 教學(xué)難點(diǎn)

2、： 高合金鋼。,3.1 壓力容器材料,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.1.1 壓力容器常用鋼材,一、鋼材形狀,鋼材的形狀包括板、管、棒、鍛件、鑄件等。壓力容器用鋼主要是板、管材和鍛件,（1）鋼板,殼體、封頭、板狀構(gòu)件等,下料、卷板、焊接、熱處理,較高的強(qiáng)度、良好的塑性、韌性、冷彎性能和焊接性能,,主要用途,加工要求,性能要求,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),（2）鋼管,接管、換熱管等,無(wú)縫鋼管,下料、焊接、熱處理

3、,較高的強(qiáng)度、塑性和良好的焊接性能,,主要用途,主要來(lái)源,加工要求,性能要求,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),二、鋼材類型,,碳素鋼,低合金鋼,高合金鋼,按化學(xué)成分分類,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),1. 碳素鋼,含碳量小于2.06％的鐵碳合金。并含少量的硫、磷、硅、氧、氮等元

4、素。,碳素鋼,碳素結(jié)構(gòu)鋼,壓力容器專用鋼板,Q235系列鋼板；,Q245R（原20R,20g）20G、Q345R,,3.1.1 壓力容器常用鋼材,R----壓力容器專用鋼板,3.1.1 壓力容器常用鋼材,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,10、20鋼鋼管； 20、35鋼鍛件。,G----高壓無(wú)縫鋼管,Q245R的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合,強(qiáng)度低，塑性和可焊性較好價(jià)格低廉；常用于常壓或中、低壓容器；也做墊板、支座等零部件材料。,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),2. 低合金鋼,

5、◆是一種低碳低合金鋼，合金元素含量較少（總量一般不超 過(guò)3%），具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，其強(qiáng)度、韌性、耐 腐蝕性、低溫和高溫性能等均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼。,特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn),◆采用低合金鋼，不僅可以減薄容器的壁厚，減輕重量， 節(jié)約鋼材，而且能解決大型壓力容器在制造、檢驗(yàn)、運(yùn) 輸、安裝中因壁厚太厚所帶來(lái)的各種困難。,3.1.1 壓力容器常用鋼材,,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),Q345R(16MnR)、1

6、5CrMoR、Q345DR(16MnDR)、15MnNiDR、09MnNiDR,壓力容器常用低合金鋼：,16Mn、09MnD；,16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、12Cr1MoV。,鋼板,鋼管,鍛件,3.1.1 壓力容器常用鋼材,D----低溫用鋼,3.1.1 壓力容器常用鋼材,,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),應(yīng)用介紹,1. Q345R (16MnR),◆屈服點(diǎn) 為340MPa 級(jí)的壓力容器專用鋼板,◆我國(guó)壓力容器行業(yè)使用量

7、最大的鋼板,◆具有良好的綜合力學(xué)性能、制造工藝性能,◆主要用于制造中低壓壓力容器和多層高壓容器,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),應(yīng)用介紹,2. Q345DR(16MnDR)、15MnNiDR、 09MnNiDR,◆低溫壓力容器用鋼，工作在-20℃及更低溫度的壓力容器專用鋼板,Q345DR,,可用于-40 ℃的鋼種,,液氨儲(chǔ)罐等設(shè)備,,（降低碳含量，并加鎳和微量釩）,15MnNiDR,,提高了低溫

8、韌性,,-40 ℃級(jí)低溫球形容器,09MnNiDR,,-70 ℃級(jí)低溫壓力容器用鋼,用于制造液丙烯（-47.7 ℃）、液硫化氫（-61 ）℃等設(shè)備,,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),應(yīng)用介紹,3. 15CrMoR,◆低合金珠光體熱強(qiáng)鋼,◆中溫抗氫鋼板,◆用于制造壁溫不超過(guò)560 ℃的壓力容器,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),應(yīng)用介紹,4、20MnMo、

9、09MnNiD,20MnMo,,常制造使用溫度為-40～470 ℃的重要大中型鍛件,,良好的熱加工和焊接工藝性能,09MnNiD,良好的低溫韌性,,,常制造使用溫度為-60～-45 ℃的低溫容器,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3、高合金鋼,壓力容器中采用的低碳或超低碳高合金鋼大多是:耐腐蝕、耐高溫鋼,,鉻鋼,鉻鎳鋼,鉻鎳鉬鋼,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程

10、設(shè)備設(shè)計(jì),（1）鉻鋼,但不耐硫酸、鹽酸、熱磷酸等介質(zhì)的腐蝕,0Cr13,是常用的鐵素體不銹鋼,有較高的強(qiáng)度、塑性、韌性和良好的切削加工性能,在室溫的稀硝酸以及弱有機(jī)酸中有一定的耐腐蝕性,,,,,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),（2）鉻鎳鋼,0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10三種鋼均屬于奧氏體不銹鋼。,但長(zhǎng)期在水及蒸汽中工作時(shí)，0Cr18Ni9有晶間腐蝕傾向，并且在氯

11、化物溶液中易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。,具有較高的抗晶間腐蝕能力，可在-196℃～600℃溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。,為超低碳不銹鋼，具有更好的耐蝕性。,0Cr18Ni9,在固溶態(tài)，具有良好的塑性、韌性、冷加工性，在氧化性酸和大氣、水、蒸汽等介質(zhì)中耐腐蝕性亦佳,,,0Cr18Ni10Ti,,00Cr19Ni10,,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),（3）鉻鎳鉬鋼,耐應(yīng)力腐蝕、小孔腐蝕的性能良好，適用于制造介質(zhì)中

12、含氯離子的設(shè)備。,00Cr18Ni5Mo3Si2,奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼,,,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),復(fù)合板,,基層：與介質(zhì)不接觸，主要起承載作用， 通常為碳素鋼和低合金鋼。,復(fù)層：與介質(zhì)直接接觸，要求與介質(zhì)有良好的相容性， 通常為不銹鋼、鈦等耐腐蝕材料，其厚度一般 為基層厚度的1/10~1/3。,復(fù)合板應(yīng)用

13、特點(diǎn),①用復(fù)合板制造耐腐蝕壓力容器，可大量節(jié)省昂貴的耐腐蝕材料，從而降低壓力容器的制造成本。,②復(fù)合板的焊接比一般鋼板復(fù)雜，焊接接頭往往是耐腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)，因此壁厚較薄、直徑小的壓力容器最好不用復(fù)合板。,,3.1.1 壓力容器常用鋼材,3.1.1 壓力容器常用鋼材,教學(xué)重點(diǎn)： 鋼材的焊接。 教學(xué)難點(diǎn)： 無(wú)。,3.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),壓力容器制造,,冷、熱加工,焊接,熱處理（必要時(shí)）,過(guò)程設(shè)備設(shè)

14、計(jì),過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.2.1 塑性變形,材料在載荷作用下的變形,,彈性變形:卸載后變形消失,塑性變形或永久變形,3.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響,,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),一、應(yīng)變硬化,見(jiàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖,,卸載后，在短時(shí)間內(nèi)再次加載，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系按照dd′變化，到了d 以后，按照de f 變化。d以前材料是彈性的，以后才出現(xiàn)塑性變形。相當(dāng)于形成了新的材料曲線?？梢?jiàn)第2次加載時(shí)，比例極限提高，塑性變形和延伸率有所減低。在常溫下把材料

15、拉伸到塑性變形，然后卸載，當(dāng)再次加載時(shí)，將使材料的比例極限提高，而塑性減低。這種現(xiàn)象叫做加工硬化或應(yīng)變硬化冷做硬化經(jīng)退火，可消失。,加工硬化可提高材料的抗變形能力，但塑性降低,,3.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響,熱加工或熱變形:,凡是在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形,在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形,冷加工或冷變形:,熱變形時(shí)加工硬化和再結(jié)晶現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)，但加工硬化被再結(jié)晶消除，變形后具有再結(jié)晶組織，因而無(wú)加工硬化現(xiàn)象。,特點(diǎn),

16、特點(diǎn),冷變形中無(wú)再結(jié)晶出現(xiàn)，因而有加工硬化現(xiàn)象。由于冷變形時(shí)有加工硬化現(xiàn)象，塑性降低，每次的冷變形程度不宜過(guò)大，否則，變形金屬將產(chǎn)生斷裂破壞。,二、冷加工和熱加工,從金屬學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)區(qū)分，冷、熱加工的分界線是金屬的再結(jié)晶溫度。,3.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.2.1 塑性變形,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),▲鋼板沖壓成各種封頭后，由于塑性變形，厚度會(huì)發(fā)生變化。 例如，鋼板沖壓成半球形封頭后，底部變薄，邊緣增厚。

17、 在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意這種厚度的變化。,3.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響,3.2.1 塑性變形,,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),三、各向異性,非金屬夾雜物,,熱加工,纖維組織,呈纖維狀,,金屬再結(jié)晶,帶狀組織,,,金屬材料力學(xué)性能產(chǎn)生方向性,a、平行纖維組織方向的強(qiáng)度 塑性和韌性提高，b、垂直方向的塑性和韌性降低c、變形越大，性能差異越明顯,因勢(shì)利導(dǎo)：纖維組織的穩(wěn)定性高，不能用熱處理方法加以消除。

18、 壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能使零件在工作時(shí)產(chǎn)生的 最大正應(yīng)力與纖維方向重合，最大切應(yīng)力方向與纖 維方向垂直。,第二項(xiàng)合金,,3.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響,3.2.1 塑性變形,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),四、應(yīng)變時(shí)效,冷加工應(yīng)用舉例：,,筒節(jié)冷卷,封頭冷旋壓,應(yīng)變時(shí)效,經(jīng)冷加工塑性變形的碳素鋼、低合金鋼，在室溫下停留較長(zhǎng)時(shí)間，或在較高溫度下停留一定

19、時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，稱為應(yīng)變時(shí)效。,3.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響,3.2.1 塑性變形,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),發(fā)生應(yīng)變時(shí)效的鋼材，不但沖擊吸收功大幅度下降，而且韌脆轉(zhuǎn)變溫度大幅度上升，表現(xiàn)出常溫下的脆化。,應(yīng)變時(shí)效危害,降低應(yīng)變時(shí)效的措施,一般認(rèn)為，合金元素中，碳、氮增加鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性。減少碳、氮含量，加入鋁、鈦、釩等元素，使它們與碳、氮形成穩(wěn)定化合物，可顯著減弱鋼的應(yīng)變時(shí)效敏感性。,3.2

20、 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響,3.2.1 塑性變形,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,3.3.2 介質(zhì),3.3.3 加載速率,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,教學(xué)重點(diǎn)： 溫度對(duì)鋼材性能的影響。 教學(xué)難點(diǎn)： 高溫下鋼材的性能和性能劣化。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.3.1 溫度,不同用途的壓力容

21、器的工作溫度不同。,鋼材在,,低溫,中溫,高溫,,下，性能不同,高溫下，鋼材性能往往與作用時(shí)間有關(guān),介紹幾種情況的影響,,一、短期靜載下溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響,二、高溫、長(zhǎng)期靜載下鋼材力學(xué)性能,三、高溫下材料性能的劣化,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),一、短期靜載下溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響,1、高溫下,圖3-3 溫度對(duì)低碳鋼力學(xué)性能的影響,溫度較高時(shí)，僅僅根據(jù)常溫下材料抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)來(lái)決定許用應(yīng)力是不夠的，一般還

22、應(yīng)考慮設(shè)計(jì)溫度下材料的屈服點(diǎn)。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),2、低溫下,隨著溫度降低，碳素鋼和低合金鋼的強(qiáng)度提高，而韌性降低。當(dāng)溫度低于20℃時(shí)，鋼材可采用20℃時(shí)的許用應(yīng)力。,韌脆性轉(zhuǎn)變溫度——（或脆性轉(zhuǎn)變溫度）,當(dāng)溫度低于某一界限時(shí)，鋼的沖擊吸收功大幅度地下降，從韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度常被稱為韌脆性轉(zhuǎn)變溫度或脆性轉(zhuǎn)變溫度。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,概念,3.3.1 溫度,圖3-4 低碳

23、鋼沖擊吸收功和溫度的關(guān)系曲線,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.3.1 溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),低溫變脆的金屬：,具有體心立方晶格的金屬如碳素鋼和低合金鋼,低溫仍有很高韌性的金屬：,面心立方晶格材料如銅、鋁和奧氏體不銹鋼，沖擊吸收功隨溫度的變化很小，在很低的溫度下仍具有高的韌性。,,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),二、高溫、長(zhǎng)期靜載下鋼材性能,蠕變現(xiàn)象：,在高溫和恒定載荷的作用下

24、，金屬材料會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間而發(fā)展的塑性變形，這種現(xiàn)象被稱為蠕變現(xiàn)象。,碳素鋼,>420℃,>400-500oC,低合金鋼,,,一定的應(yīng)力作用,,,發(fā)生蠕變,,,蠕變的結(jié)果是使壓力容器材料產(chǎn)生蠕變脆化、應(yīng)力松弛、蠕變變形和蠕變斷裂。因此,高溫壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施防止蠕變破壞發(fā)生。,蠕變的危害,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),1. 蠕變曲線,蠕變曲線三階段,,1. 減速蠕變,2. 恒速蠕變,3. 加速蠕變,

25、,圖3-5 蠕變應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,,,一定壓力和一定溫度下,溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),cd為蠕變的第三階段,ab為蠕變的第一階段,即蠕變的不穩(wěn)定階段，蠕變速率隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低，因此也稱為蠕變的減速階段.,bc為蠕變的第二階段,在此階段，材料以接近恒定蠕變速率進(jìn)行變形，故也稱為蠕變的恒速階段.,在這階段里蠕變速度不斷增加，直至斷裂。,oa線段——試樣加載后的瞬時(shí)應(yīng)變。,a點(diǎn)以后的線

26、段——從a點(diǎn)開(kāi)始隨時(shí)間增長(zhǎng)而產(chǎn)生的應(yīng)變才屬于蠕變。蠕變曲線上任一點(diǎn)的斜率表示該點(diǎn)的蠕變速率。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,對(duì)于同一材料，給定溫度改變應(yīng)力或給定應(yīng)力改變溫度時(shí)，蠕變曲線形狀不同。,▲當(dāng)應(yīng)力較小或溫度很低時(shí)，第二階段的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)， 甚至無(wú)第三階段；相反，當(dāng)應(yīng)力較大或溫度較高時(shí)， 第二階段持續(xù)時(shí)間短，甚至完全消失。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.3.1 溫度

27、,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),2. 蠕變極限與持久強(qiáng)度,a、蠕變極限·——高溫長(zhǎng)期載荷作用下，材料對(duì)變形的抗力,蠕變極限表示法Rnt,★在給定溫度下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定的第 二階段蠕變速率的應(yīng)力值,★在給定溫度和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，使試樣產(chǎn)生 一定量的蠕變總伸長(zhǎng)率的應(yīng)力值（常用）,,b、持久強(qiáng)度——在給定的溫度下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后發(fā)生斷裂RDt 時(shí)構(gòu)件所能承受的最大應(yīng)力。,3

28、.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),◇考慮蠕變極限和持久強(qiáng)度的場(chǎng)合：,蠕變極限適用于在高溫運(yùn)行中要嚴(yán)格控制變形的零件的設(shè)計(jì)，如渦輪葉片,高溫壓力容器設(shè)計(jì)中，不僅要防止過(guò)大的變形，而且要確保在規(guī)定條件下不會(huì)蠕變斷裂，往往同時(shí)用蠕變極限和持久強(qiáng)度來(lái)確定許用應(yīng)力。（蠕變極限常用第二種表示法，且一般規(guī)定時(shí)間為105h，總伸長(zhǎng)率為1%；確定持久強(qiáng)度的時(shí)間為105h。）,,◎在高應(yīng)力、較低的溫度時(shí)，斷裂前有大量的塑性

29、變形，斷 裂后伸長(zhǎng)率較高，斷口呈韌性形態(tài)；◎而在應(yīng)力低、溫度高時(shí)，斷裂前塑性變形小，斷裂呈脆 性，斷裂后伸長(zhǎng)率較低，縮頸很小， 在晶體內(nèi)部常發(fā)現(xiàn) 大量的細(xì)小裂紋。,溫度和應(yīng)力對(duì)蠕變斷裂形式有顯著的影響,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),松弛,在常溫下工作的零件，在發(fā)生彈性變形后，如果變形總量保持不變，則零件內(nèi)的應(yīng)力將保持不變。但在高溫和應(yīng)力作用下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，如果變形總量

30、保持不變，因蠕變而逐漸增加的塑性變形將逐步代替原來(lái)的彈性變形，從而使零件內(nèi)的應(yīng)力逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為松馳。如高溫壓力容器中的連接螺栓，可能因松弛而引起容器泄漏。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),三、高溫下材料性能的劣化,在高溫下長(zhǎng)期工作的鋼材性能的劣化主要有：,,蠕變脆化（前面已經(jīng)講了）,珠光體球化,石墨化,高溫回火脆化,氫腐蝕和氫脆,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,過(guò)

31、程設(shè)備設(shè)計(jì),a. 珠光體球化,危害：使材料的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性、蠕變極限和持久極限下降例如：Q345鋼的?245×26蒸汽管道在9.8MPa、510oC條件下，運(yùn)行約八萬(wàn)小時(shí)后，珠光體嚴(yán)重球化，碳化物積聚在晶界上，使其力學(xué)性能明顯下降。補(bǔ)救：已發(fā)生球化的鋼材可采用熱處理的方法使之恢復(fù)原來(lái)的組織。如將上述管道加熱至920oC，停留lh，然后打開(kāi)爐門冷卻，力學(xué)性能則有所提高。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響

32、,3.3.1 溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),b. 石墨化,危害：使金屬發(fā)生脆化，強(qiáng)度和塑性降低，沖擊值降低得更多。產(chǎn)生環(huán)境：石墨化現(xiàn)象只出現(xiàn)在高溫下。對(duì)碳素鋼和碳錳鋼，當(dāng)在溫度425oC以上長(zhǎng)期工作時(shí)都有可能發(fā)生石墨化。溫度升高，使石墨化加劇，但溫度過(guò)高，非但不出現(xiàn)石墨化現(xiàn)象，反而使己生成的石墨與鐵化合成滲碳體預(yù)防：要阻止石墨化現(xiàn)象，可在鋼中加入與碳結(jié)合能力強(qiáng)的合金元素，如鉻、鈦、釩等，但硅、鋁、鎳等卻起促進(jìn)石墨化的作用。,3.3 環(huán)境

33、對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,鋼在高溫長(zhǎng)期作用下，珠光體內(nèi)滲碳體自行分解出石墨的現(xiàn)象，稱為石墨化,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),c. 回火脆化,鉻鉬鋼，長(zhǎng)期在300-600oC下使用，或者從此溫度范圍緩慢冷卻，脆性轉(zhuǎn)變溫度會(huì)升高，沖擊韌性降低，這種現(xiàn)象稱為回火脆化。研究表明：影響Cr-Mo鋼回火脆化的主要因素為化學(xué)成分和熱處理?xiàng)l件。P、Sb、Sn、As等微量雜質(zhì)元素的含量越多，奧氏體化溫度越高， 2.25Cr-1Mo 鋼對(duì)回火脆化越

34、敏感。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),d. 氫腐蝕和氫脆,氫能引起材料多種類型的性質(zhì)劣化，但加氫反應(yīng)器等壓力容器中常見(jiàn)的是氫腐蝕和氫脆。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),d-1. 氫腐蝕,高溫、高壓下氫與鋼中的碳形成甲烷的化學(xué)反應(yīng)，又稱為氫蝕。,氫腐蝕有兩種形式,,◆1. 和鋼表面的碳化合生成甲烷，引起鋼表 面脫碳， 使力學(xué)性能惡化；,◆2. 滲透到鋼內(nèi)部

35、，與滲碳體反應(yīng)生成甲烷，聚集在晶界上，形成壓力很高的氣泡，造成內(nèi)部脫碳或微裂紋。,,,裂紋,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),●一般情況下，碳素鋼在200℃以上的高壓氫環(huán)境中才會(huì)發(fā)生氫腐蝕。鋼中加入鉻、釩、鈦、鎢等能形成穩(wěn)定碳化物的元素含量，可提高鋼抗氫腐蝕的能力。奧氏體不銹鋼可以很好地抵抗氫腐蝕?！衲壳?，一般按照Neson曲線選用抗氫用鋼。根據(jù)該曲線，碳素鋼在氫分壓小于3.45MPa時(shí)，允許的使用

36、溫度約為250℃; 1.25Cr-0.5Mo鋼在氫分壓小于6.9MPa時(shí)的允許使用溫度大約為520℃。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),在高溫、高氫分壓環(huán)境下工作的壓力容器，在停車時(shí)，應(yīng)先降壓，保溫消氫（200℃以上）后，再降至常溫。切不可先降溫后降壓。為什么不能先降溫再降壓？,d-2.氫脆,指鋼因吸收氫而導(dǎo)致韌性下降的現(xiàn)象。,內(nèi)部氫——鋼在冶煉、焊接、酸洗等過(guò)程中吸收的氫外部氫——指鋼在氫環(huán)境中使用時(shí)所吸收的氫。

37、,氫的來(lái)源,,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),◆鋼材長(zhǎng)時(shí)間在高溫下，還會(huì)發(fā)生合金元素在固溶體和碳化 物相之間的重新分配，那些對(duì)固溶體起強(qiáng)化作用的合金元 素，如鉻、鉬、錳等，都會(huì)不斷脫溶，從而使材料高溫 強(qiáng)度下降?！舫蜏?、高溫外，中子輻照也會(huì)引起材料輻照脆化?！粼谠O(shè)計(jì)階段，預(yù)測(cè)材料性能是否會(huì)在使用中劣化，并采 取有效的防范措施，對(duì)提高壓力容器的安全性具有重要 意義。

38、,除以上4種劣化外，還要注意：,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.1 溫度,,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.3.2 介質(zhì),一、腐蝕概述,1. 按腐蝕的機(jī)理來(lái)分,金屬腐蝕分類：,,電化學(xué)腐蝕,化學(xué)腐蝕,2. 按金屬腐蝕的形式來(lái)分,,全面腐蝕,局部腐蝕,,晶間腐蝕,小孔腐蝕,縫隙腐蝕,應(yīng)力腐蝕,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),二、應(yīng)力腐蝕,1、應(yīng)力腐蝕的特征,三個(gè)階段,,孕育階段——,是逐步形成應(yīng)力腐蝕裂紋時(shí)期；,裂

39、紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段——,在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)作用下，裂紋緩慢擴(kuò)展；,裂紋失穩(wěn)階段——,最終發(fā)生的突然斷裂。,斷裂前往往沒(méi)有明顯塑性變形，是突發(fā)性的，因而很難預(yù)防，是一種危險(xiǎn)性很大的破壞形式。,◆值得注意的是第三階段不一定總會(huì)發(fā)生，因?yàn)樵诘诙A段形成的裂紋有可能使壓力容器泄漏，導(dǎo)致壓力（應(yīng)力）下降，而不出現(xiàn)第三階段，即發(fā)生未爆先漏（Leak Before Break）。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.2 介質(zhì),,,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),

40、3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.2 介質(zhì),過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),2. 常見(jiàn)的應(yīng)力腐蝕,a. 堿溶液,b. 濕硫化氫,c. 液氨,d. 硝酸鹽溶液,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.2 介質(zhì),過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3. 應(yīng)力腐蝕的預(yù)防措施,一般從選材、設(shè)計(jì)、改善介質(zhì)條件和防護(hù)等幾個(gè)方面采取措施，預(yù)防應(yīng)力腐蝕引起的壓力容器失效。,a. 合理選擇材料,b. 減少或消除殘余拉應(yīng)力,c. 改善介質(zhì)條件,d. 涂層保護(hù),e. 合理設(shè)計(jì)

41、,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,3.3.2 介質(zhì),過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),3.3.3 加載速率,加載速率的表示——應(yīng)力速率（Pa/s）或應(yīng)變速率（1/s）,◇通常，應(yīng)變速率在10 –4～10-1s-1范圍內(nèi)，金屬材料的力學(xué)性 能沒(méi)有明顯變化。,◇當(dāng)應(yīng)變速率在10-1s-1以上時(shí)，它對(duì)鋼材力學(xué)性能有顯著的影 響。,3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),加載速率較高時(shí)，材料沒(méi)有充分的時(shí)間產(chǎn)生正常的滑移變形，從而

42、使材料繼續(xù)處于一種彈性狀態(tài)，使屈服點(diǎn)隨應(yīng)變速率的增大而增大，但一般塑性材料的塑性及韌性下降，即脆性斷裂的傾向增加。如果材料中有缺口或裂紋等缺陷，還會(huì)加速這種脆性斷裂的發(fā)生。,◇加載速率對(duì)鋼的韌性影響還與鋼的強(qiáng)度水平有關(guān)。,通常，在一定的加載速率范圍內(nèi)，隨著鋼材強(qiáng)度水平的提高，韌性的降低減弱。也就是說(shuō)，在一定的加載速率范圍內(nèi)，加載速率的大小對(duì)某些高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的韌性影響是很小的，但對(duì)中、低強(qiáng)度鋼的韌性影響則很明顯。,3.3 環(huán)境對(duì)壓