压力容器设计-压力容器材料及环境

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作者:百家乐网址  来源:百家乐怎么玩  时间:2019-10-24 23:25  点击:

  压力容器设计-压力容器材料及环境_环境科学/食品科学_工程科技_专业资料。第3章 压力容器材料及环境 和时间对其性能的影响 1、材料是制造压力容器的基础,正确选用压力容器材料 是保证压力容器长期安全运行的基本条件。 2、压力容器的应力分析可以为选材提供最基本的依据和要 求,

  第3章 压力容器材料及环境 和时间对其性能的影响 1、材料是制造压力容器的基础,正确选用压力容器材料 是保证压力容器长期安全运行的基本条件。 2、压力容器的应力分析可以为选材提供最基本的依据和要 求,同时,选择材料时还应考虑容器工作时的环境、介质及 其它具体条件的要求。 3、不同的材料具有不同的化学成分、力学性能和使用条 件,选择材料最基本的要求是能够保证压力容器安全工作, 同时做到经济、适用。 本章主要内容 ● 压力容器常用材料 ● 加工工艺和环境对材料性能的影响 ● 压力容器选材的基本原则 §3-1 压力容器材料 压力容器常用钢材 有色金属和非金属 按钢材形状 1、 钢板 压力容器用钢板的要求 钢材类型 (1)钢板应具有良好的强度、塑性、韧性、焊接、热处理 性能等,以满足切削、弯卷、焊接、热处理等过程的要求。 (2)必须用规定的钢板制造压力容器 规定允许用于制造压力容器的钢板有两类: ①压力容器专用钢板,如16MnR、20R等 ②可用于制造压力容器的非容器专用钢板,如普通碳素钢中的 Q235-A、Q235-B,优质碳素钢中的10、15、20、35、45、 20g等。 (3)钢板必须按规定的限制条件使用,如设计压力、设计 温度、厚度、介质限制、冶炼方法等。 (4)制造压力容器的钢板必须有符合相应国家标准或行业 标准规定的、内容齐全的质量证明书。 《低温压力容器 《压力容器用钢板》 用低合金钢钢板》 2、 钢管 (1)无缝钢管 ???冷 热拔 轧无 无缝 缝钢 钢管 管 用于过程设备较高压力的流体输送,材料通常为10、20号钢。 l根据用途和材质,有多个无缝钢管标准,对所使用的无缝钢管,应 注明属于哪个标准。过程设备常用无缝钢管标准: GB8163-87《输送流体用无缝钢管》 GB9948-88《石油裂化用无缝钢管》 GB6479-86《化肥设备用高压无缝钢管》 l钢管使用时要用法兰、管件、阀门等连接,相连接的两个构件必须具 有相同的公称直径(DN)。 eg:DN200的钢管和法兰连接,钢管外径φ219,法兰内直径φ220。 (2)焊接钢管 输送水、煤气、空气、取暖蒸汽等较低压力的流体(p0.6Mpa),材料 可用Q235制造。 3、 锻件 (1)根据锻件检验项目和数量的不同,锻件分为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ四个级别。 (2)需焊接的碳钢锻件,材料用20号钢,不需焊接的碳钢 锻件,材料用35或45号钢。 (3)压力容器上使用的锻件不得低于Ⅱ级,若锻件截面 尺寸大于300mm,或容器盛装高度或极度危害介质,且锻 件截面尺寸达50mm时,级别不得低于Ⅲ级。 4、 圆钢、型钢 ●用于制作支承件、加强圈等,圆钢还可用于制作小尺寸 的紧固件。 ●圆钢材料为Q235-A、20、35号钢等,型钢材料多为Q235-A。 钢材类型 按化学成分,压力容器用钢分为三类: 1、碳素钢(C%<2.06%) ?低碳钢 C%( ?0.25%) 按含碳 ??中量 碳钢 0.2( 5%<C%?0.6%) ??高碳钢 C%( >0.6%) ?普通碳 S? 素 0.0钢 5% , 5P ( ?0.04% ) 5 按钢的 ? ?优质 质量 碳 S? 素 0.0钢 4% , 0P ( ?0.04% ) 0 ? ?高级优质 S?碳 0.03素 % , 0P钢 ?0.0( 3% ) 5 ● 普通碳素钢的Q235系列钢板和优质碳素钢均可用于制 作压力容器 2、低合金钢 在优质碳素钢的基础上,加入一种或多种合金元素(合金元素 总含量在3%以下),以提高钢的强度和改善综合性能。 低合金钢是目前制造压力容器的主要钢材,其强度、韧性、耐 腐蚀性等均优于相同含碳量的碳素钢,能够减轻装备的重量,可 节省钢材1/3—2/3。 GB150—2019《钢制压力容器》推荐适用的低合金钢板有: 16MnR、15MnVR、15MnVNR、18MnMoNbR、 13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR。 其中16MnR是σs340Mpa级的普通低合金高强度钢,具有优良的 力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性,是中国压力容 器专用钢板中用量最大的钢种。 3、高合金钢(合金元素总含量大于10%) 主要有铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢等,如0Cr13、0Cr18Ni9、 0Cr18Ni10Ti等,主要用于耐腐蚀和耐高温等特殊场合,如不 锈钢、耐热钢等。 *不锈钢中的主要元素是Cr、Ni、Mo、Ti,其中Cr、Ni含量较 高。 *不锈钢的耐蚀性主要来源于Cr,实验证明,只有当Cr的含量 大于12%时钢的耐蚀性才会大幅度地提高,所以不锈钢中Cr的 含量均不低于12%。 Ni可以扩大不锈钢的耐蚀范围,特别是提高抗碱腐蚀的能力。 Mo能提高不锈钢抗氯离子腐蚀的能力,并提高钢的耐热强度。 Ti是为防止焊接用不锈钢发生晶间腐蚀而加入的元素。 复合钢板及其应用 复合钢板 基层—碳素钢或低合金钢 复层—不锈钢或有色金属等 有色金属和非金属 有色金属 ? ? ? ? 铜及其合金 ? ? ? ? ? ? ?? 铝及其合金 ? ? ? ? ? 镍及其合金 ? ? ? ? ? 钛及其合金 ? ?? ? ? ?? ? 纯铜 黄铜( ? ? 青铜( ?? H )( Cu - Zn 合金) Q )?? ? 锡青铜 无锡青铜 ? 纯铝 ? ? 防锈铝( LF )( Al ? Mn 、 Al ? Mg 合金) ? ? 硬铝( YL )( Al ? Cu ? Mg 合金) ? 纯镍 ? ? Ni ? Mn 合金 ? ? Ni ? Cu 合金 ? 纯钛 ? ? Ti ? 0 .2 Pd ? ? Ti ? 0 .3 Mo ? 0.8 N i 铜及铜合 金的特点 铝及铝合 金的特点 镍及镍合 金的特点 钛及钛合 金的特点 ? 涂料 非金属 ????不工透程性塑石料墨 ?陶瓷 ? ??搪瓷 非金属材料通常用于承压不高的结构材料、金属保护村里或 涂层、密封材料、保温材料、耐火材料等。 非金属材料的优点:资源丰富、耐蚀性好、品种多、价格便宜。 缺点:机械强度较低,耐热性不好,对温度波动比较敏感。 §3-2 制造工艺对钢材性能的影响 一、塑性变形 1、冷、热加工 2、应变硬化 (加工硬化) 4、应变时效 3、各向异性 二、焊接对钢材性能的影响 ? ? ? ?焊缝 1、焊接接头的组织和性能???熔合区 ??????热影响区?????部 正 过分 火 热正 区 区火区 焊缝区 熔合区 部分正火区 正火区 过热区 热影响区 杂质偏析在焊缝区形成焊接热裂纹 2、焊接应力与变形 3、减小焊接应力与变形的措施 ① 合理的焊接接头设计 焊接接头形式、焊接坡口设计、焊缝的间距和 位置布置等 ② 焊接方法和焊接工艺 ③ 焊前预热和焊后热处理 4、焊接接头常见缺陷 ? 裂纹 ? ? 夹渣 ? 未焊透 ?? ? 未熔合 ? ? 焊瘤 ? 气孔 ? ?? 咬边 5、焊接接头检验 破坏性检验 非破坏性检验 整体 试验 外观 检查 试板 密封 检查 无损 检验 射线、超声波、 磁粉、渗透、涡流等 三、热处理对钢材性能的影响 1、消除残余应力 2、改善组织结构和力学性能 《工程材料》 §3-3 环境对压力容器用钢性能的影响 温度 一、温度 材料的低温脆化 高温下钢的特点 —蠕变 蠕变温度 碳素钢:420°C 低合金钢:400~500 °C 蠕变结果 蠕变脆化、应力松弛 蠕变变形、蠕变断裂 高温下材料性能的劣化 珠光体球化 石墨化 回火脆化 氢腐蚀和氢脆 2、材料的耐腐蚀能力 工程上常按腐蚀深度三级标准来评定金属耐均匀腐蚀的能力 * 不能采用平均腐蚀速率来评价材料耐局部腐蚀的能力, 应采用防腐材料及相应的防护措施。 二、介质 1、腐蚀的类型(按腐蚀机理) ① 全面腐蚀 ② 局部腐蚀 ● 晶间腐蚀 ● 小孔腐蚀 ● 缝隙腐蚀 ③ 应力腐蚀 §3-4 压力容器材料选择 一、压力容器用钢的基本要求 1、化学成分 (C、P、S等) 2、力学性能 (强度、刚度、 塑性、韧性等) 3、制造工艺性能(机加 工性能、压力加工性能、 焊接性能、铸造性能、 热处理性能等) 二、压力容器钢材的选择原则 1、材料的使用性能 ①分析构件的工作条件(P、t、介质等),确定构件应具 有的使用性能(强度、刚度、塑性、韧性等) 。 ②通过失效分析,确定构件的主要使用性能。 ③从构件主要使用性能要求出发,提出对材料使用性能的 要求。 2、材料的加工工艺性能 3、材料的经济性 4、材料的选择应符合规范标准的要求 纯铜 又称紫铜,具有较高的导电性、导热性和良好的塑性。 特点 低温下能保持较高的塑性和冲击韧性, 是制造深冷设备的良好材料。 耐蚀性 ① 在没有氧存在的情况下,在许多非氧化性酸中比较耐腐蚀。 ② 在氨和铵盐溶液中,当有氧存在时,由于生成可溶性的络离子,故不耐 蚀。所以在氨生产中使用的仪表、泵、阀门等均不能用铜制造。 ③ 铜在大气、水、中性盐及苛性碱中均相当稳定,但在氯、溴、二氧化硫、 硫化氢等气体及潮湿大气中将会受到腐蚀。 黄铜 (铜-锌合金) 具有较高的机械性能,价格较便宜,可用于制 作深冷设备筒体、管板、法兰及螺母等。 青铜 1、锡青铜(铜-锡合金) 特点 具有很高的耐蚀性和良好的抗磨性,多用于制造耐磨零件 (如轴瓦、轴套、蜗轮等)和与酸、碱等腐蚀性介质接触的零件。 古代的青铜器即是用锡青铜制造。 2、无锡青铜(铜中加入铅、铝等其它元素) 特点 强度好、耐蚀性好,价格低廉,常用于制造在蒸气和海水 工作条件下的零件及受摩擦耐腐蚀零件。 纯铝 特点 密度小、重量轻(ρ约为钢的1/3),导电、 导热性能好,强度较差,塑性好,有极好的 耐蚀性(但不耐碱及盐水),可用于制作储 罐、塔、热交换器等设备,也可用于制作防 止污染的设备和深冷设备。 铝合金 1、防锈铝(LF):Al-Mn、Al-Mg合金 特点 具有适中的强度、优良的塑性和耐蚀性, 多用于制作深冷设备入液空吸附过滤器、 分馏塔等。 2、硬铝(LY): Al-Cu-Mg合金 特点 强度较高,可用于制作深冷设备中的螺 栓及其它受力构件。 纯镍 特点 耐蚀性、耐磨性和硬度都很高,但价格很贵, 很少用于制作压力容器。 镍合金 (Ni-Mn、Ni-Cu合金) 特点 具有很好的耐腐蚀性能和抗高温性能,但价 格较高,一般只用于制造特殊要求的压力容 器。 纯钛 特点 ① 密度小、强度高。 ② 工作温度范围宽,可在-196-350℃范围 内使用。 ③ 钛是具有强烈钝化倾向的金属,在氧化 性和中性介质中具有优良的耐蚀性,特别 是钛不发生晶间腐蚀的特点。 钛合金 (Ti-0.2Pd、Ti-0.3Mo-0.8Ni合金) 特点 (1)钛合金可以承受锻造、冲压等压力加工。 (2)钛合金的焊接应在惰性气体的保护下或在 真空中进行,以防止氢、 氮、氧等进入焊缝, 保护焊缝的塑性。

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