2022年《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教案3壓力容器材料及環(huán)境和時(shí)間(1213125821)

1、精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教案3壓力容器材料及環(huán)境和時(shí)間對(duì)其性能的影響課程名稱：過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 專業(yè)：過(guò)程裝備與掌握工程任課老師：李精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 1 頁(yè)，共 14 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -第 3 章 壓力容器材料及環(huán)境和時(shí)間對(duì)其性能的影響§ 3-1壓力容器材料主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時(shí)數(shù)1、壓力容器常用材料2、有色金屬和非金屬講授1.5教學(xué)目的和要求1、把握壓力容器常用材料的分類、

2、牌號(hào)和性能2、明白有色金屬和非金屬的種類教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)壓力容器常用材料課外作業(yè)摸索題材料是制造壓力容器的基礎(chǔ)，正確選用壓力容器材料是保證壓力容器長(zhǎng)期安全運(yùn)行的基本條件；壓力容器的應(yīng)力分析可以為選材供應(yīng)最基本的依據(jù)和要求，同時(shí)， 挑選材料時(shí)仍應(yīng)考慮容器工作時(shí)的環(huán)境、介質(zhì)及其它詳細(xì)條件的要求；不同的材料具有不同的化學(xué)成分、力學(xué)性能和使用條件，挑選材料最基本的要求是能夠保證壓力容器安全工作，同時(shí)做到經(jīng)濟(jì)、適用；一、鋼材外形1、鋼板壓力容器用鋼板的要求：（1）必需用規(guī)定的鋼板制造壓力容器規(guī)定答應(yīng)用于制造壓力容器的鋼板有兩類：壓力容器專用鋼板，如16MnR、20R 等可用于制造壓力容器的非容器專用鋼板，

3、如一般碳素鋼中的Q235-A、 Q235-B，優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的 10、15、 20、20g 等；（2）鋼板必需按規(guī)定的限制條件使用，如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、厚度、介質(zhì)限制、冶煉方法等；（3）制造壓力容器的鋼板必需有符合相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的、內(nèi)容齊全的質(zhì)量證精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 2 頁(yè)，共 14 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -明書(shū)；2、鋼管精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 7 頁(yè)，共 14 頁(yè) - - - - - - - - - -（1）無(wú)

4、縫鋼管熱軋無(wú)縫鋼管冷拔無(wú)縫鋼管用于過(guò)程設(shè)備較高壓力的流體輸送，材料通常為10、20 號(hào)鋼；依據(jù)用途和材質(zhì)，有多個(gè)無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所使用的無(wú)縫鋼管，應(yīng)注明屬于哪個(gè)標(biāo)注；過(guò)程設(shè)備常用標(biāo)準(zhǔn)：GB8163-87輸送流體用無(wú)縫鋼管GB9948-88石油裂化用無(wú)縫鋼管GB6479-86化肥設(shè)備用高壓無(wú)縫鋼管鋼管使用時(shí)要用法蘭、管件、閥門(mén)等連接，相連接的兩個(gè)構(gòu)件必需具有相同的公稱直徑（DN）；eg： DN200的鋼管和法蘭連接，鋼管外徑219，法蘭內(nèi)直徑220；（2）焊接鋼管輸送水、煤氣、空氣、取暖蒸汽等較低壓力的流體（p<0.6Mpa）, 材料可用Q235制造；3、鍛件（1） 依據(jù)鍛件檢驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量

5、的不同，鍛件分為、四個(gè)級(jí)別；（2） 需焊接的鍛件，材料用20 號(hào)鋼，不許焊接的鍛件，材料用35 或 45 號(hào)鋼；（3） 壓力容器上使用的鍛件不得低于級(jí)，如鍛件截面尺寸大于300mm，或容器盛裝高度或極度危害介質(zhì)，且鍛件截面尺寸達(dá)50mm時(shí)，級(jí)別不得低于級(jí)；4、圓鋼、型鋼用于制作支承件、加強(qiáng)圈等，圓鋼仍可用于制作小尺寸的緊固件； 圓鋼材料為Q235-A、20、35 號(hào)鋼等，型鋼材料多為Q235-A；二、鋼材類型按化學(xué)成分，壓力容器用鋼分為三類：1、碳素鋼（ C% 2.06%低碳鋼（ C%0.25%）按含碳量中碳鋼（ 0.25% C %0.6%）高碳鋼（C%0.6%）按鋼的質(zhì)量一般碳素鋼（S優(yōu)質(zhì)碳

6、素鋼（S0.055%， P0.040%， P0.045%）0.040%）高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S0.030%， P0.035%） 一般碳素鋼的Q235系列鋼板和優(yōu)質(zhì)碳素鋼均可用于制作壓力容器2、低合金鋼在優(yōu)質(zhì)碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入一種或多種合金元素（合金元素總含量在3%以下），以提高鋼的強(qiáng)度和改善綜合性能；低合金鋼是目前制造壓力容器的主要鋼材，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，減輕裝備的重量，可節(jié)約鋼材1/3 2/3 ；GB150 1998鋼制壓力容器舉薦適用的低合金鋼板有：16MnR、15MnVR、15MnVNR、18MnMoNb、R13MnNiMoNbR、07MnCrMoV，R 其

7、中 16MnR是 s350Mpa 級(jí)的一般低合金高強(qiáng)度鋼，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、焊接性能、 工藝性能及低溫沖擊韌性，是中國(guó)壓力容器專用鋼板中用量最大的鋼種；3、高合金鋼（合金元素總含量大于10%）主要有鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳鉬鋼等，如0Cr13、0Cr18Ni9 、0Cr18Ni10Ti等，主要用于耐腐蝕和耐高溫等特殊場(chǎng)合，如不銹鋼、耐熱鋼等；* 不銹鋼中的主要元素是Cr、Ni 、Mo、Ti ，其中 Cr、Ni 含量較高；* 不銹鋼的耐蝕性主要來(lái)源于Cr，試驗(yàn)證明，只有當(dāng)Cr 的含量大于12%時(shí)鋼的耐蝕性才會(huì)大幅度地提高，所以不銹鋼中Cr 的含量均不低于12%；Ni可以擴(kuò)大不銹鋼的耐蝕范疇，特殊是提

8、高抗堿腐蝕的才能；Mo 能提高不銹鋼抗氯離子腐蝕的才能，并提高鋼的耐熱強(qiáng)度；Ti 是為防止焊接用不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕而加入的元素；* 復(fù)合鋼板及其應(yīng)用三、有色金屬和非金屬1、有色金屬銅及其合金純銅黃銅（ H ）（ Cu - Zn合金）錫青銅青銅（ Q）純鋁無(wú)錫青銅有色金屬鋁及其合金防銹鋁（ LF）（ AlMn、AlMg 合金）硬鋁（ YL）（ Al純鎳CuMg合金）鎳及其合金NiMn合金NiCu合金純鈦鈦及其合金TiTi0.2Pd 0.3Mo0.8N* 鈦合金的焊接應(yīng)在惰性氣體的愛(ài)護(hù)下或在真空中進(jìn)行，以防止氫、氮、 氧等進(jìn)入焊縫， 愛(ài)護(hù)焊縫的塑性；銅及銅合金的特點(diǎn)：純銅：又稱紫銅，具有較高的導(dǎo)電

9、性、導(dǎo)熱性和良好的塑性；特點(diǎn)：低溫下能保持較高的塑性和沖擊韌性，是制造深冷設(shè)備的良好材料；耐蝕性：在沒(méi)有氧存在的情形下，在很多非氧化性酸中比較耐腐蝕； 在氨和銨鹽溶液中，當(dāng)有氧存在時(shí)，由于生成可溶性的絡(luò)離子，故不耐蝕；所以在氨生產(chǎn)中使用的外表、泵、閥門(mén)等均不能用銅制造； 銅在大氣、水、中性鹽及苛性堿中均相當(dāng)穩(wěn)固，但在氯、溴、二氧化硫、硫化氫等氣體及潮濕大氣中將會(huì)受到腐蝕；黃銅（銅 - 鋅合金）：特點(diǎn)： 具有較高的機(jī)械性能，價(jià)格較廉價(jià)， 可用于制作深冷設(shè)備筒體、管板、法蘭及螺母等；青銅：（1）錫青銅（銅- 錫合金）特點(diǎn)：具有很高的耐蝕性和良好的抗磨性，多用于制造耐磨零件（如軸瓦、軸套、蝸輪等）和

10、與酸、堿等腐蝕性介質(zhì)接觸的零件；古代的青銅器即是用錫青銅制造；（2）無(wú)錫青銅（銅中加入鉛、鋁等其它元素：特點(diǎn)： 強(qiáng)度好、 耐蝕性好， 價(jià)格低廉， 常用于制造在蒸氣和海水工作條件下的零件及受摩擦耐腐蝕零件；鋁及鋁合金的特點(diǎn)：純鋁（ L）：特點(diǎn)：密度小、重量輕（約為鋼的1/3 ），導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，強(qiáng)度較差，塑性好，有極好的耐蝕性（但不耐堿及鹽水），可用于制作儲(chǔ)罐、塔、熱交換器等設(shè)備，也可用于制作防止污染的設(shè)備和深冷設(shè)備；鋁合金：（1）防銹鋁（ LF）：Al-Mn 、Al-Mg 合金特點(diǎn)： 具有適中的強(qiáng)度、優(yōu)良的塑性和耐蝕性，多用于制作深冷設(shè)備入液空吸附過(guò)濾器、分餾塔等；（2）硬鋁（ LY） :

11、Al-Cu-Mg合金特點(diǎn)：強(qiáng)度較高，可用于制作深冷設(shè)備中的螺栓及其它受力構(gòu)件；鎳及鎳合金：純鎳：耐蝕性、耐磨性和硬度都很高，但價(jià)格很貴，很少用于制作壓力容器；鎳合金： Ni-Mn 、Ni-Cu 合金特點(diǎn)： 具有很好的耐腐蝕性能和抗高溫性能，但價(jià)格較高， 一般只用于制造特殊要求的壓力容器；鈦及鈦合金：純鈦：特點(diǎn)：密度小、強(qiáng)度高； 工作溫度范疇寬，可在-196-350 范疇內(nèi)使用； 鈦是具有劇烈鈍化傾向的金屬，在氧化性和中性介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐蝕性，特殊是鈦不發(fā)生晶間腐蝕的特點(diǎn)；鈦合金： Ti-0.2Pd、Ti-0.3Mo-0.8Ni合金（1）鈦合金可以承擔(dān)鍛造、沖壓等壓力加工；（2）鈦合金的焊接應(yīng)

12、在惰性氣體的愛(ài)護(hù)下或在真空中進(jìn)行，以防止氫、氮、氧等進(jìn)入焊縫，愛(ài)護(hù)焊縫的塑性；2、非金屬材料非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)：資源豐富、耐蝕性好、品種多、價(jià)格廉價(jià)；缺點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度較低，耐熱性不好，對(duì)溫度波動(dòng)比較敏銳；非金屬材料通常用于承壓不高的結(jié)構(gòu)材料、金屬愛(ài)護(hù)村里或涂層、密封材料、保溫材料、耐火材料等；非金屬（1）涂料涂料工程塑料 不透性石墨陶瓷搪瓷涂料是一種有機(jī)高分子膠體的混合物，將其勻稱地涂在容器表面上能形成完整而堅(jiān)強(qiáng)的薄膜，起耐蝕和愛(ài)護(hù)作用；(2) 工程塑料工程塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料；熱塑性塑料的特點(diǎn)是在肯定溫度下可以變軟，而不發(fā)生化學(xué)變化，冷卻后又變硬，再加熱又軟化；如聚氯乙烯、聚四氟乙烯

13、、ABS等，可用作制造低壓容器的殼體、管道, 也可用作密封元件、攪拌器等的材料；(3) 不透性石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)固性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，被用來(lái)制造熱交換器；(4) 陶瓷具有良好的耐腐蝕性能，肯定的強(qiáng)度，被用來(lái)制造塔、貯槽、反應(yīng)器和管件；5 搪瓷搪瓷設(shè)備是由含硅量高的瓷釉通過(guò)9000C 左右的高溫鍛燒， 使瓷釉密著于金屬胎表面而制成的；它具有優(yōu)良的耐蝕性，較好的耐磨性，廣泛用作耐腐蝕、不掛料的反應(yīng)罐、貯罐、塔和反應(yīng)器等；精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -§ 3-2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時(shí)數(shù)1、塑性變形2、焊接3

14、、熱處理講授1自學(xué)教學(xué)目的和要求1、明白塑性變形對(duì)鋼材性能的影響2、明白焊接對(duì)鋼材性能的影響3、明白熱處理對(duì)鋼材性能的影響教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)焊接對(duì)鋼材性能的影響課外作業(yè)摸索題在壓力容器制造中，往往先將鋼板經(jīng)過(guò)冷加工或熱加工，使它變成所要求的零件外形，再通過(guò)焊接將各零部件連接在一起；因此， 有必要討論冷、 熱加工造成的塑性變形和焊接工藝對(duì)材料性能的影響；一、塑性變形1、加工硬化在常溫下鋼經(jīng)過(guò)塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化，晶粒沿變形最大的方向伸長(zhǎng)，晶格和晶粒扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而引起力學(xué)性能的變化；隨著變形程度增大，鋼的強(qiáng)度及硬度上升，而塑性下降；這種隨變形程度的增大，強(qiáng)度增加而塑性降低的現(xiàn)象稱為加

15、工硬化；熱變形和冷變形凡是在重結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形，稱為熱變形或熱加工; 反之， 在重結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形稱之為冷變形或冷加工；2、各向異性纖維組織和帶狀組織使金屬材料的力學(xué)性能產(chǎn)生方向性，平行纖維組織方向的強(qiáng)度、塑性和韌性提高高，而垂直纖維組織方向的塑性和韌性降低；變形程度越大， 纖維組織越明顯，性能差異也越顯著；二、焊接焊接是兩種或兩種以上材料，在加熱或（和）加壓的狀態(tài)下，通過(guò)原子或分子之間的結(jié)合和擴(kuò)散，形成永久性連接的工藝過(guò)程； 1、焊接接頭的組織和性能精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 8 頁(yè)，共 14 頁(yè) - - - - - - - - - -精

16、品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -焊接接頭的組織和性能焊 縫 熔合區(qū)熱影響區(qū)過(guò)熱區(qū)正火區(qū)部分正火區(qū)2、焊接應(yīng)力與變形、削減焊接應(yīng)力和變形的措施（1） 盡量削減焊接接頭數(shù)量；（2） 相鄰焊縫間應(yīng)保持足夠的間距；（3） 盡可能防止交叉；焊縫不要布置在高應(yīng)力區(qū)；（4） 焊前預(yù)熱等；3、焊接缺陷和焊接接頭的檢驗(yàn)焊接接頭常見(jiàn)缺陷裂 紋 夾 渣 未焊透未熔合焊 瘤 氣 孔 咬邊焊接接頭檢驗(yàn)外觀檢查 密封性檢查無(wú)損檢驗(yàn)射線檢測(cè) 超聲波檢測(cè)表面檢測(cè)精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 9 頁(yè)，共 14 頁(yè) - - - - - - - - - -精品

17、word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -§ 3-3環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時(shí)數(shù)1、溫度2、介質(zhì)3、加載速率講授1自學(xué)教學(xué)目的和要求1、明白溫度對(duì)壓力容器用鋼性能的影響2、把握介質(zhì)對(duì)壓力容器用鋼性能的影響3、明白加載速率對(duì)壓力容器用鋼性能的影響教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1、 溫度對(duì)壓力容器用鋼性能的影響2、 介質(zhì)對(duì)壓力容器用鋼性能的影響課外作業(yè)摸索題一、 溫度1、 短期靜載下溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響（ 1）低溫變脆現(xiàn)象（ 2） 脆 性 轉(zhuǎn) 變 溫 度2、 高溫、長(zhǎng)期靜載下鋼材的性能（1）蠕變現(xiàn)象（2）蠕變曲線（3）蠕變極限與長(zhǎng)久強(qiáng)度3、 高

18、溫下材料性能的劣化二、 介質(zhì)1、 腐蝕的類型（ 1）電化學(xué)腐蝕指金屬在電解質(zhì)中，由于各部位電位不同，造成微電池，在電子交換過(guò)程中產(chǎn)生電流，作為負(fù)極的金屬被逐步溶解的一種腐蝕（ 2）化學(xué)腐蝕指金屬在干燥氣體或無(wú)電解質(zhì)存在的環(huán)境中，受物質(zhì)的直接作用， 作用過(guò)程中不產(chǎn)生電流，而腐蝕的產(chǎn)物直接生成在反應(yīng)的表面區(qū)域； 晶間腐蝕精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 10 頁(yè)，共 14 頁(yè) - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -晶間腐蝕是一種常見(jiàn)的局部腐蝕，腐蝕是沿晶粒邊界和它的鄰近區(qū)域產(chǎn)生和進(jìn)展，而晶粒本身的

19、腐蝕就很稍微；引起晶間腐蝕的環(huán)境有電解質(zhì)溶液、過(guò)熱水蒸氣、 高溫水和熔融金屬等；晶間腐蝕必需在腐蝕環(huán)境中，并且晶界物質(zhì)的物理化學(xué)狀態(tài)與晶粒本體不同時(shí)，才能產(chǎn)生； 小孔腐蝕又稱孔蝕 ,腐蝕集中在金屬表面的局部地區(qū)的小孔上，小孔腐蝕可以使金屬材料穿孔破壞，而重量丟失卻往往很少，因此也是一種破壞性大的局部性腐蝕；孔蝕常發(fā)生在靜滯的液體中，提高流速就可減輕小孔腐蝕，此外， 在不銹鋼中增加鉬的含量和盡量降低介質(zhì)中的氯離子、碘離子的含量，均可有效地削減小孔腐蝕； 縫隙腐蝕換熱管與管板連接處、法蘭的連接面等縫隙處，假如介質(zhì)處于停滯狀態(tài)引起濃度增加，就會(huì)加速這些縫內(nèi)金屬材料的腐蝕，這種腐蝕被稱為縫隙腐蝕；為了

20、盡量防止縫隙腐蝕，在壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常實(shí)行措施防止或削減縫隙形成，如防止介質(zhì)的流淌死角或死區(qū)，要使液體做到能完全排凈；采納脹焊并用， 削減管子和管板間的間隙等；（3）應(yīng)力腐蝕是金屬材料在拉伸應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用下導(dǎo)致韌性材料快速開(kāi)裂和發(fā)生早期破壞的現(xiàn)象；零件壽命要短于應(yīng)力或腐蝕環(huán)境單獨(dú)作用時(shí)的壽命，破壞時(shí)的應(yīng)力水平較低，往往沒(méi)有明顯預(yù)兆，斷裂是突發(fā)性的，因而很難預(yù)防，是一種危急性很大的破壞形式； 應(yīng)力腐蝕的特點(diǎn)：a 拉伸應(yīng)力b 特定合金和介質(zhì)的組合c一般為推遲脆性斷裂 預(yù)防應(yīng)力腐蝕的措施:a. 合理挑選材料b. 削減或排除殘余拉應(yīng)力c. 改善介質(zhì)條件d. 涂層愛(ài)護(hù)精選名師 優(yōu)秀名

21、師 - - - - - - - - - -第 12 頁(yè)，共 14 頁(yè) - - - - - - - - - -三、載荷形式（1） 加載速率（2） 疲憊破壞疲憊破環(huán)的特點(diǎn)防止疲憊破壞的措施四、材料性質(zhì)劣化石墨化回火脆化精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -§ 3-4 壓力容器材料挑選主要教學(xué)內(nèi)容授課方式授課時(shí)數(shù)1、壓力容器用鋼的基本要求2、挑選壓力容器鋼材應(yīng)考慮的因素3、壓力容器選材的基本原就講授0.5教學(xué)目的和要求1、明白壓力容器用鋼的基本要求2、明白挑選壓力容器鋼材應(yīng)考慮的因素3、明白壓力容器選材的基本原就教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)壓力容器選材的基本原就課外作

22、業(yè)摸索題一、壓力容器用鋼的基本要求1 、化學(xué)成分（C、P、S 等）2 、力學(xué)性能（強(qiáng)度、鋼度、塑性、韌性等）3 、制造工藝性能（機(jī)加工性能、壓力加工性能、焊接性能、鑄造性能、熱處理性能等）二、挑選壓力容器鋼材應(yīng)考慮的因素（ 1）材料的性能分析構(gòu)件的工作條件，確定構(gòu)件應(yīng)具有的使用性能；通過(guò)失效分析，確定構(gòu)件的主要使用性能；從構(gòu)件主要使用性能要求動(dòng)身，提出對(duì)材料使用性能的要求；（ 2）材料的加工工藝性能（ 3）材料的經(jīng)濟(jì)性（ 4）材料的挑選應(yīng)符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求三、挑選壓力容器材料的原就（ 1）綜合考慮各種因素挑選壓力容器用鋼，應(yīng)綜合考慮容器的結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件和制造工藝，以及材料的力學(xué)性能、焊接性能、冷熱加工性能；（ 2）符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，使用范疇?wèi)?yīng)符合材料生產(chǎn)國(guó)相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；（ 3）強(qiáng)度和塑性、韌性的合理匹配提高材料強(qiáng)度；（ 4）合