第三章(过程设备设计).ppt

1、第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响CHAPTER Materials for Pressure Vessels and Influences of Environment and Time on Properties of These Materialsu教学重点：教学重点：压力容器材料的选择压力容器材料的选择u教学难点：教学难点：高合金钢高合金钢2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第一节压力容器材料第一节压力容器材料一、压力容器常用材料一、压力

2、容器常用材料1、钢材形状、钢材形状钢材的形状包括钢材的形状包括板、管、棒、锻件、铸件板、管、棒、锻件、铸件等。压力容等。压力容器用钢主要是器用钢主要是板、管材板、管材和和锻件锻件。钢板钢板壳体、封头、板状构件等壳体、封头、板状构件等下料、卷板、焊接、热处理下料、卷板、焊接、热处理较高的强度、良好的塑性、韧性、较高的强度、良好的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能冷弯性能和焊接性能主要用途主要用途加工要求加工要求性能要求性能要求2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响钢管钢管接管、换热管等接管、换热管等无缝钢管

3、、卷制无缝钢管、卷制下料、焊接、热处理下料、焊接、热处理较高的强度、塑性和良好的焊接性能较高的强度、塑性和良好的焊接性能主要用途主要用途主要来源主要来源加工要求加工要求性能要求性能要求锻件锻件高压容器的平盖、端部法兰与接高压容器的平盖、端部法兰与接管法兰等管法兰等、四个级别。级别越高，四个级别。级别越高，要求检验项目越多，越严格，价格要求检验项目越多，越严格，价格越高。越高。主要用途主要用途分分 级级2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响2、钢材类型、钢材类型碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢高合金钢高合金

4、钢（按化学成分分类）按化学成分分类）钢铁牌号及标准：钢铁牌号及标准：GB/T221-20002022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响含含碳碳量量小小于于2.06的的铁铁碳碳合合金金。以以及及少少量量的的硫硫、磷磷、硅硅、氧氧、氮等元素。氮等元素。压力容压力容器用钢器用钢 普通碳素结构钢普通碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢Q235系列钢板系列钢板 Q245(20R、20g)Q245的特点的特点和应用场合和应用场合强度低，塑性和可焊性较好价格低廉；强度低，塑性和可焊性较好价格低廉；常用于常压或中、低压

5、容器；常用于常压或中、低压容器；也做垫板、支座等零部件材料。也做垫板、支座等零部件材料。1）碳素钢（）碳素钢（GBT700-2006碳素结构钢）碳素结构钢）2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响2）低合金钢低合金钢是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超 过过3%），具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐），具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐 腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的

6、碳素钢。特点特点采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运 输、安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。输、安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响Q345R(16MnR)、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR16Mn、09MnD16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、12Cr1MoV钢板

7、钢板钢管钢管锻件锻件D-低温用低温用钢钢压力容器常用低合金钢压力容器常用低合金钢R-压力压力容器专用容器专用钢板钢板2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响应用介绍应用介绍Q345（16MnR）u屈服点屈服点 为为345MPa 级的压力容器专用钢板级的压力容器专用钢板u我国压力容器行业使用量最大的钢板我国压力容器行业使用量最大的钢板u具有良好的综合力学性能、制造工艺性能具有良好的综合力学性能、制造工艺性能u主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器2022/11/1

8、1第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR低温压力容器用钢，工作在低温压力容器用钢，工作在-20及更低温度的压力容器专用钢板及更低温度的压力容器专用钢板16MnDR可用于可用于-40 的钢种的钢种液氨储罐等设备液氨储罐等设备（降低碳含量，并加镍和微量钒）降低碳含量，并加镍和微量钒）15MnNiDR提高了低温韧性提高了低温韧性-40 级低温球形容器级低温球形容器09MnNiDR-70 级低温压力容器用钢级低温压力容器用钢用于制造液丙烯（用于制造液丙烯（-47.7）、液硫化氢（）

9、、液硫化氢（-61 ）等设备）等设备2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响15CrMoR低合金珠光体热强钢低合金珠光体热强钢中温抗氢钢板中温抗氢钢板用于制造壁温不超过用于制造壁温不超过560 的压力容器的压力容器20MnMo、09MnNiD20MnMo常制造使用温度为常制造使用温度为-40470 的重要大中型锻件的重要大中型锻件良好的热加工和焊接良好的热加工和焊接工艺性能工艺性能09MnNiD良好的低温韧性良好的低温韧性常制造使用温度为常制造使用温度为-4045 的低温容器的低温容器2022/11/1

10、1第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响3）高合金钢）高合金钢压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多是压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多是耐腐蚀、耐腐蚀、耐高温钢耐高温钢铬钢铬钢铬镍钢铬镍钢铬镍钼钢铬镍钼钢2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响铬钢铬钢但不耐硫酸、盐酸、热但不耐硫酸、盐酸、热磷酸等介质的腐蚀磷酸等介质的腐蚀0Cr13是常用的铁是常用的铁素体不锈钢素体不锈钢有较高的强度、塑性、韧性和有较高的强度、塑性、韧性

11、和良好的切削加工性能良好的切削加工性能在室温的稀硝酸以及弱在室温的稀硝酸以及弱有机酸中有一定的耐腐有机酸中有一定的耐腐蚀性蚀性2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响铬镍钢铬镍钢06Cr19Ni10（0Cr18Ni9）、）、0Cr18Ni10Ti、00Cr19Ni10三种钢均属于三种钢均属于奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢但长期在水及蒸汽中工作时，但长期在水及蒸汽中工作时，0Cr18Ni9有有晶间腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀倾向，并且在氯化物溶液中易发生倾向，并且在氯化物溶液中易发生应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀应力

12、腐蚀开裂。开裂。具有较高的抗晶间腐蚀能力，可在具有较高的抗晶间腐蚀能力，可在-196600温温度范围内长期使用。度范围内长期使用。为超低碳不锈钢，具有更好的耐蚀性。为超低碳不锈钢，具有更好的耐蚀性。0Cr18Ni9在固溶态，具有良好的塑性、韧性、冷加工性，在在固溶态，具有良好的塑性、韧性、冷加工性，在氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐腐蚀性亦佳氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐腐蚀性亦佳0Cr18Ni10Ti00Cr19Ni102022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响2022/11/11第二章 压力容器

13、应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响铬镍钼钢铬镍钼钢耐应力腐蚀、小孔腐蚀的性能良好，适耐应力腐蚀、小孔腐蚀的性能良好，适用于制造介质中含氯离子的设备。用于制造介质中含氯离子的设备。00Cr18Ni5Mo3Si2奥氏体奥氏体-铁素体双相铁素体双相不锈钢不锈钢2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响4）复合钢板）复合钢板基层：与介质不接触，主要起承载作用，通常为碳素钢和基层：与介质不接触，主要起承载作用，通常为碳素钢和 低合金钢。低合金钢。复层复层

14、：与：与介质直接接触，要求与介质有良好的相容性，通介质直接接触，要求与介质有良好的相容性，通 常为不锈钢、钛等耐腐蚀材料，其厚度一般为基层厚度常为不锈钢、钛等耐腐蚀材料，其厚度一般为基层厚度 的的1/101/3。用复合板制造耐腐蚀压力容器，可大量节省昂贵的耐腐用复合板制造耐腐蚀压力容器，可大量节省昂贵的耐腐蚀材料，从而降低压力容器的制造成本。蚀材料，从而降低压力容器的制造成本。复合板的焊接比一般钢板复杂，焊接接头往往是耐腐蚀复合板的焊接比一般钢板复杂，焊接接头往往是耐腐蚀的薄弱环节，因此壁厚较薄、直径小的压力容器最好不的薄弱环节，因此壁厚较薄、直径小的压力容器最好不用复合板。用复合板。特点特点

15、2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响二、有色金属和非金属二、有色金属和非金属（一）有色金属（一）有色金属使用状态使用状态一般都在退火状态下使用一般都在退火状态下使用选用时应注意选择同类有色金属中的合适牌号选用时应注意选择同类有色金属中的合适牌号压力容器常压力容器常用有色金属用有色金属铜及其合金铜及其合金铝及其合金铝及其合金镍和镍合金镍和镍合金钛和钛合金钛和钛合金2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 在没有

16、氧存在的情况下，铜在许多在没有氧存在的情况下，铜在许多非氧化性非氧化性酸酸中都是比较耐腐蚀的。但铜最有价值的性能是中都是比较耐腐蚀的。但铜最有价值的性能是在低温下保持较高的塑性及冲击韧性，是制造在低温下保持较高的塑性及冲击韧性，是制造深深冷设备冷设备的良好材料。的良好材料。铜及其合金铜及其合金特性特性2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响铝及其合金铝及其合金铝很轻（密度约为钢的三分之一），耐浓硝酸、铝很轻（密度约为钢的三分之一），耐浓硝酸、醋酸、碳酸、氢铵、尿素等，不耐碱；醋酸、碳酸、氢铵、尿素等，不耐碱；在低温下具有良好的塑性和韧性；在低温下具有良好的塑性和韧性；使用温度范围为使用温度范围为-269200；有良好的成型和焊接性能。有良好的成型和焊接性能。应用应用可用来制作压力较低的贮罐、塔、热交换器，防止可用来制作压力较低的贮罐、塔、热交换器，防止污染产品的设备及深冷设备污染产品的设备及深冷设备特性特性2022/11/11第二章 压力容器应力分析第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响第