壓力容器用鋼

一、鋼材的機械性能材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性叫作材料的機械性能，也稱為力學性能。鋼材的重要機械性能指標有:1.強度—物體在外力作用下，抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。常用的特性指標有屈服極限CTs和強度極限ab,系由拉伸試驗獲得。1屈服極限材料承受載荷時，當載荷不再增加而仍繼續(xù)發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象叫做“屈服〞。開始發(fā)生屈服現(xiàn)象'即開始出現(xiàn)塑性變形時的應力叫做“屈服極限〞或“屈服點〞。工程上取試樣發(fā)生0.2剩余變形時的應力值作為條件屈服極限，通常稱為屈服強度Uo.z.在拉伸試驗中，屈服強度是試樣在拉伸過程中標距局部剩余伸長到達原標距長度的0.2帕時的負荷除以原橫截面積的商，單位為MPa.—般說來，材料是不允許在為強度極限。鋼材的強度極限是試樣在拉斷前所承受的最大應力即抗拉強度Sb,單位為IvIPao工程上希望金屬材料不僅具有較高的。，而且具有一定的屈強比aSQbo屈強比愈小，結構零件的可靠性愈高。但屈強比太小，貝用料的有效利用率太低。因此，一般希望屈強比高一些，碳素鋼為0.6左右，低合金高強度鋼為0.650.75，合金結構鋼后的總伸長與原始長度的比值百分率來度量，其數(shù)值與試樣尺寸有關.為了便于比較，積的縮小量與原始截面積之比值的百分率來度量。塑性良好的材料可以順利地進行某些成型工藝，如冷沖壓、冷彎曲等。其次，良好的塑性可使零件在使用過程中萬一超載也不致突然斷裂。壓力容器的主要零部件都是承壓的，無論從制造工藝或平安使用來材料對局部塑性變形的抗力。一般說來，材料的硬度越高，耐磨性能越好，硬度與強度之間也有一定的關系。生產(chǎn)中常用測定硬度的方法來估算材料的Jx度，也常用測定焊接熱影響區(qū)硬度的方法來確定其淬硬的程度.常用的硬度指標為布氏硬度HB洛氏C硬斷裂時所消耗的能量，即沖擊試樣所消耗的功除以試件缺口處斷面積的商，單位為M7/m么.沖擊韌性是材料各項機械性能指標中對材料的化學成份、冶金質量、組織狀態(tài)及內(nèi)部缺陷等比擬敏感的一個質量指標，也是衡量材料脆性轉變和斷裂特性的重要指標.所以，對壓力容器用鋼來說，沖擊韌性是一項重要的性能數(shù)據(jù)。標明含量.鋼中的釩、吸、鋁、妮、硼、稀二、國產(chǎn)常用壓力容器用鋼壓力容器用鋼的性能必需與壓力好的工藝性能.由于不同類型壓力容器的使用條件差異很大，因此要求有各種不同性能的鋼種。例如，在一般條件下使用的碳鋼和低合金高強度鋼在高溫條件下便用的合金結構鋼在低溫條件下使用的低溫鋼-201C以下與氫、氮、氨混合介質接觸，溫度超過350?時使用的抗氫氮鋼盛裝硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、硝酸、尿素等腐蝕性介質的容相當貧乏?，F(xiàn)將兒種常用鋼種的性能特點及其應用簡介如下。1.碳鋼碳鋼是指含碳量小能良好，因而廣泛用于制造壓力容器。常用的有ASVA3A3R20g等。AF主要用于不承受力容器.例綜合機械性能和工藝性能，尤其中溫450C如，AF制作的大型容器如年產(chǎn)30萬t合成氨以下及低溫-401C以上機械性能比低裝置中的二段轉化爐水夾套，其直徑為4120碳鋼好，但缺口敏感性比碳鋼大在有缺口mmf壁厚8PaAS20中的二氧化碳吸收塔、第二氨別離器，冶金-4761C，許用壓力不限.AaR在壓力容器215MnVI其屈服強度為392MPa其設計壓力為，設計壁溫149C.40kgf/mm級，使用溫度為一20C-A3R也用于制造球形容器，如直徑1230mm500C,綜合機械性能良好，但塑性和低容積1000m3、壁厚241nm、設計壓力溫沖擊韌性較16Mn低，且波動較大，焊接0.78MPa的城市煤氣儲罐等.鍋爐鋼板20g性能良好，用以制造的大型ARmmmm2.低合金高強度鋼的球罐有相當數(shù)量是采用15MnVR制造的，低合金高強度鋼是一種低碳結構鋼，其設計壓力，的脆性轉變溫度.MPa45kgf/mmz級，它在冶金工業(yè)的2采用低合金高強度鋼代替碳鋼，在載荷相同氧氣球罐上應用較多，其直徑為9200mm的條器制造本錢，而且設備更加曾用于壓力、容量loom3的大型液平安、耐用.因此，在50至60年代，低合金氨罐車等.高強度鋼用于壓力容器的研究與使用開展很418MnMoNb1-為屈服強度490快.但是，低合金高強度鋼對加工工藝，特MPa50kgf/mmZ級的低合金高強度鋼，別是焊接工藝的要求較碳鋼要嚴格得多.用于中溫壓力容器。其綜合機械性能和焊接用于壓力容器制造的低合金高強度鋼，性能良好.用以制造的典型容器有:年產(chǎn)30其屈服強度范圍為294--mt板比一般鋼板的要求更嚴，主要表達在，對化學成分的控制較嚴，抽樣檢驗率較高，力學性能檢驗中增加了沖擊值的要求。根本要求:較高的強度，良好的塑性，韌性，制造性能，以及與介質的相容性。(1)化學成分含C量?0.25C含量高，使強度增加，可焊形成，使塑性和韌性降低。磷能提高鋼的強度，但會增加鋼的脆性，特別是低溫脆性。將硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高鋼材的純潔度，可提高鋼材的韌抗回火脆性性能和耐腐蝕性能。因此要嚴格控制SP的含量(2)力學性能力學性能主要指:強度、韌性和塑性變形能力力學性能不僅與鋼材的化學成分，組織結構有關且與所處的應力狀態(tài)和環(huán)境有關。強度判據(jù):s，b，持久極限(強度)Dn收縮率書韌性判據(jù)：沖擊吸收力AKV,韌脆轉變溫度，斷裂性設計時，力學性能判據(jù)可從相關標準標準中查到，實際使伸，沖擊)(3)制造工藝性能制造中冷加工，要求鋼材有良好冷加工成型性能和塑性，延伸率5應在15,20以上。良好可焊性是一項重要指標3可焊性主要取決于化學成碳當量Ceg表示，國際焊接學會推薦公式:MnNiCuCrMoVCegC6155元素符號表示該元素在鋼中的百分含量一般認為:Ceglt0.4可焊性優(yōu)良，Ceggt0.6可用條件使用條件包括設計溫度、設計壓力、介質特點、操作特點。(a)設計溫度Q235高而降低，須注意二者的匹配在滿足強度要求前提下，盡量采用塑性韌性好的材料。(c)介質選材應考慮與介質的相容性碳素鋼用于腐蝕性不強的常壓，低壓容器，壁厚不大，中壓容器。低合金高強度鋼用于腐蝕性不強壁厚較大(38mm的受壓容器。珠光體耐熱鋼用作抗高溫氫或硫化氫腐蝕或設計溫度為350,650?的壓力容器用耐熱鋼。不銹鋼用于腐蝕性較強，或設計溫度gt500?(lt-100?)的耐熱或低溫用鋼。(2)零件的功能和制造工藝功能:筒體，封頭承壓空間與介質接觸選擇與介質相容的承壓鋼板。支座:不承壓，不接觸介質除與容器接觸墊板外，可選用普通碳素鋼制造工藝:從保證制造質量方便制造選材料。沸騰鋼(Q235-A.F)搪玻璃效果比鎮(zhèn)靜鋼(Q235-A)好。(3)材料的使用經(jīng)驗對已有成功使用經(jīng)驗，要清楚其化學成分的控制要求睪勺饔孟掠at刺徊僮鞴娉毯同規(guī)格的價格，不銹鋼gt低合金鋼gt碳素鋼。需較厚不銹鋼時，盡量采用復合材料襯里。堆焊或多層結構。(5)標準標準4壓力容器用鋼有其特殊要求，使用溫度的上，下限使用條件均應滿足標準標準要求。對國外材料，應符合國外有關標準標準并應有成功使用經(jīng)驗。五、影響壓力容器鋼材性能的環(huán)境因素壓力容器除受到包括介質壓力在內(nèi)的各種載荷作用外，其工作環(huán)境對材料的性能也有著不可低估的影響，有時這種影響甚至超出了介質的影響。即使材料的成分相同，組織結構相同，韌性指標(如K1、C)也相同，但如果外部環(huán)境不同，那么材料的實際性能也有很大的差異。環(huán)境的影響因素很多，如：溫度的上下波動，載荷的波動，介質的性質，加載的速度等。這些影響往往不是單獨存在，而是同時存在交叉影響，甚至難以區(qū)分屬哪一類?！?〕溫度有的壓力容器長期在高溫下工作〔熱壁加氫反響器〕有的壓力容器長期在低溫下工作〔液氧，液氨貯罐〕材料在高溫或低溫下的性能與常溫下并不相同1.短期靜載下，溫度對鋼材力學性能的影響在高溫下，溫度對低碳鋼力學性能的影響如圖溫度較高時，僅僅根據(jù)常溫下材料抗拉強度和屈服點來決定許用應力是不夠的，一般還應考慮設計溫度下材料的屈服點。溫度下降碳鋼，低合金鋼強度上升韌性下降韌脆性轉變溫度〔脆性轉變溫度〕5當溫度低于某一界限時，鋼的沖擊功大幅度下降，從韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度2.高溫，長期靜載下鋼材性能高溫下材料的強度等性能除隨溫度的升高而改變外，還和時間有關.蠕變現(xiàn)象:在高溫和恒定載荷作用下，金屬材料會產(chǎn)生隨時間而開展的塑性變形，這種現(xiàn)象稱蠕變Creep現(xiàn)象。蠕變溫度：碳素鋼超過420?低合金鋼400500?危害:使材料產(chǎn)生蠕變脆化，應力松馳，蠕變變形和蠕變斷裂。a.蠕變曲型的蠕變曲線可分為三個階段。減速蠕變〔ab〕:蠕變的不穩(wěn)定階段，蠕變的隨時間形。在這階段蠕變速率不斷增加，直至斷裂同一材料在不同應力，不同溫度下蠕b.蠕變極限，持久強度在高溫下長期服役的壓力容器的材料性能指標采用蠕變極限和持持久強度也是反映材料高溫性能的重要指標，主要考慮材料在高溫長期作用下的破壞抗力。在給定溫度下，一定時間后產(chǎn)生蠕變斷裂的應而逐漸增加的塑性變形將逐步取代原來的彈性變形從而使零件內(nèi)的應力逐漸降低，這種組織和力學性能一般都相對穩(wěn)定，不隨時間而變化。但在高溫下，金相組織和力學性能發(fā)生變化，材料性能劣化除蠕變脆化外a.珠光體球化pearlitespheroidising壓力容器的碳素鋼和低合金鋼，常溫下組織為鐵素體珠光體，其片狀珠光體在溫度較高時，逐漸轉變成球狀，再積聚成球團，使材料的屈服點抗拉強度，沖擊韌性，蠕變極限，持久極限下降，這種現(xiàn)象稱為珠光體球化。修復:加熱，保溫，再冷卻b.石墨化graphite鋼材在高溫，應力長期作用下，珠光體內(nèi)滲碳體自行分解出石墨的現(xiàn)象。危害:相當于金屬內(nèi)形成空穴，使金屬發(fā)生脆化，強度和塑性降低，沖擊韌性下降很多。防止:在鋼中ngbrittlement12CrlMoV等鉻鉬鋼，長期在325-575?下使用，或者在此溫度范圍緩慢冷卻，使韌脆轉變溫度升高，embrittlement?氫腐蝕:高溫高壓下氫與鋼中的碳形成甲烷的化學反響，也稱氫蝕。生成的甲烷不能擴散出去，聚集在晶界上形成壓力很高的氣泡，氣泡擴大和相互連接從而在晶界上形成裂紋。條件:碳素鋼在200?以上的高壓氫環(huán)境中W形式滲入到鋼中被鋼的基體所溶解吸收，當容器冷卻后，氫的溶解度降低，形成分子氫脫溶(Cr,MoMn)使材料高溫強度下降7高溫：高于蠕變起始溫度蠕變溫gt鋼gt600?高溫反響爐爐管，外表溫度達1000?壓力化?滲碳:耐熱鋼長期在高溫下使用，鉻的氧化膜逐步長大，由于膨脹系數(shù)與基體合金差異大，隨著溫度波動，產(chǎn)生裂紋，基體中貧絡，氧化膜再生固難，從而加速滲c。(2)sion可分為兩大類a.電化學腐蝕金屬在電解質中，由于各部位電位不同，形成微電池，在電子交換過程中產(chǎn)生電流，作為負級的金屬被逐漸溶解的一種腐蝕。如碳素鋼在水或潮濕環(huán)境中的腐蝕。b.化學腐蝕金屬在介質中直接發(fā)生化學反響的腐蝕按腐蝕的形成，也可分為兩大類a.全面腐蝕與腐蝕介質直接接觸的全部或大局部金屬外表發(fā)生比蝕集中在金屬外表局部區(qū)域的腐蝕常見形式有?晶間腐蝕intergranularcorrosion腐蝕沿晶粒邊界和鄰近區(qū)域產(chǎn)生和開展，而晶粒本身腐蝕很輕微。危害很大，不易被發(fā)不銹鋼中參加穩(wěn)定化之素(Ti，V)或采用超低C不銹鋼(OOCr18Ni9)?小孔腐蝕(孔蝕，點蝕)pitting在金屬外表產(chǎn)生針狀，點狀，小孔狀局部腐蝕。產(chǎn)生:鹵素離子，氯化物，crevicecorrosion縫隙中積存靜止介質或沉淀物引起的腐蝕。防止:防止或減少縫隙形StressCorrosion在拉伸應力和特定腐蝕介質的共同作用下，導致材料開裂或早期破壞斷裂前往往無明顯塑性變形，危險性很大特點?拉應力大于臨界值?特定合金和介質的組合如:氯化物溶液中，面心立方晶體face-centeredcubic的奧氏體不銹鋼易發(fā)生應力腐蝕，而體心立方晶體body-centeredcubic的鐵素體不銹鋼不容易發(fā)生。常見的應力腐蝕防止:合理選擇材料，H2S采用抗H2S的鋼，如12Cr2MoAlV減少或消除剩余應力，焊后消除應力熱處理。改善介質條件，減少有害離子成分，添加緩性劑(吸附率(Pa/s)或應變速率(S-1)表示。應變速率在104,10-1S-1的范圍材料力學性能無明顯變化，應變速率在10-4S-1以上，有顯著影響。原因:加載速度較高，材料無充分時間產(chǎn)生滑移變形，使材料繼續(xù)處于一種彈性狀態(tài)，使s隨之增大而塑