【正文】 工程材料 海洋科學與技術學院 賈 非 Dalian University of Technology 第 7章 黑色金屬及其選用 * 主 要 內(nèi) 容 ? 壓力容器用鋼 工況分析及對材料性能的要求 壓力容器用鋼 ? 高溫及低溫構件用鋼 高溫用鋼、低溫用鋼 ? 耐腐蝕構件用鋼 腐蝕的工況特點、合金元素的影響 雜質(zhì)的影響、耐蝕鋼材 ? 零部件用鋼 回轉(zhuǎn)件用鋼、支撐件用鋼 ? 有色金屬及其合金 壓力管道工況分析 管道用鋼及鑄鐵 * 3 過程裝備品種繁多，如換熱、傳質(zhì)、化學反應設備及各種儲罐等。 壓力容器用鋼 4 ? 過程裝備使用（化工生產(chǎn)）的特點： 1）生產(chǎn)的連續(xù)性強 2）生產(chǎn)的條件苛刻 3）介質(zhì)的腐蝕性強 4）介質(zhì)大多易燃易爆有毒性 5）溫度和壓力變化大 6）安全至關重要 壓力容器用鋼 5 ? 過程裝備的基本要求 ? 安全可靠性要求 化工設備必須具有足夠的 強度 和 剛度 ，良好的 韌性、 耐腐蝕性 和可靠的 密封性 。 ? 工藝條件要求 工藝性能要求包括：反應設備的反應速度、換熱設備的傳熱量、塔設備的傳質(zhì)效率、儲存設備的儲存量等。 ? 經(jīng)濟合理性要求 在滿足工藝要求和安全可靠運行的前提下，要盡量做到適用和經(jīng)濟合理。 ? 便于操作和維護 ? 環(huán)境保護要求 壓力容器用鋼 6 ? 過程裝備設備的特點 ? 功能原理多樣化 ? 外殼多為 壓力容器 ? 化工 — 機械 — 電氣一體化 ? 設備結(jié)構大型化 壓力容器用鋼 7 ?壓力容器須滿足三個條件： ? 所承受的壓力超過 。 ? 容器直徑大于 。 ? 所盛裝的介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度超過其沸點的液體。 壓力容器用鋼 8 ? 基本承壓部件 (法蘭、密封元件、堅固件） (人 /手孔 ) ? 附件 （安全閥、爆破片） 壓力容器的結(jié)構 9 ?壓力容器的分類 按設計壓力分類 低壓容器 MPa≤p ＜ MPa。 中壓容器 MPa≤p ＜ MPa。 高壓容器 MPa≤p ＜ 100 MPa。 超高壓容器 p≥100 MPa 。 壓力容器用鋼 10 壓力容器的分類 11 按工作溫度分 類 低溫容器 設計 溫度 ≤ 20℃ 。 常溫容器 設計 溫度 ≤ 20～ 200℃ 。 中溫容器 設計 溫度 ≤ 200～ 450℃ 。 高溫容器 設計 溫度 ＞ 450℃ 壓力容器的分類 12 按壁厚分類 薄壁容器 K=D0/Di≤ 厚壁容器 K=D0/Di ＞ 壓力容器的分類 13 按 《 壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程 》 分類 壓力容器的分類 14 壓力容器的分類 15 ? 力學性能因素引起的壓力容器失效： 1）韌性斷裂 內(nèi)部壓力超載，均勻腐蝕、高溫氧化、磨損等造成壁厚減薄。 2）脆性斷裂 氫脆、堿脆、 σ 相脆化、碳化物析出脆化、低溫脆化、輻照脆化等。 3）疲勞脆斷強 流體產(chǎn)生振動、周期性溫度變化，多為低周高應力疲勞。 壓力容器用鋼 16 ? 壓力容器對材料性能的要求： 1）壓力容器大都為低碳鋼 2）良好的冶金質(zhì)量 3）優(yōu)良的綜合力學性能 強度、塑性和韌性合理配合；屈強比大于 時在設計制造中予以重視，大于 ~ 特殊對待。 4）良好的材料組織和組織穩(wěn)定性 5）良好的加工工藝性能和焊接性能 壓力容器用鋼 17 ? 壓力容器用鋼 制造壓力容器用鋼主要有碳素鋼、低合金高強鋼、低溫鋼，中溫抗氫鋼、不銹鋼、耐熱鋼，復合鋼板；受壓元件用鋼材品種有鋼板、鋼管、鍛鋼、棒鋼、鑄鋼等。 ? 低碳鋼 用于低壓薄壁容器，有一定的強度、良好的塑性、韌性和加工工藝性，焊接性能良好。 ? Q235AF 、 Q235A，提供拉伸試驗的 σ b、 σ s和 δ 值； Q235B做常溫沖擊試驗； Q235C做 0℃ 沖擊試驗。 ? 20R 容器專用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鋼板，對沖擊韌性有較嚴格的要求 壓力容器用鋼 18 ?碳鋼的品種及規(guī)格 品種： 鋼 板、 鋼 管、型 鋼 、鑄鋼 和 鍛鋼 （1）鋼 板 （壓 力容器用 熱 扎厚 鋼 板） 4mm～ 6mm厚度 間 隔 為 6mm～ 30mm厚度 間 隔 為 lmm 30mm～ 60mm厚度 間 隔 為 2mm 碳素 鋼 板材有 Q235A、 Q235AF、0120等。 壓力容器用鋼 19 壓力容器用碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板的適用范圍表 鋼 板 牌號 使用溫度℃ 設計壓力 MPa 殼體 鋼 板厚度 mm 其它限制 Q235B 0~350 ≤ ≤20 不得用于毒性程度 為 高度或極度危害介 質(zhì)的 壓 力容器 Q235C 0~400 ≤ ≤30 壓力容器用鋼 20 （ 2）鋼管 無 縫鋼 管和有 縫鋼 管。 無 縫鋼 管有冷 軋 和 熱軋 。普通無 縫鋼 管常用材料有 120等；有 專門 用途的無 縫鋼 管，如 熱 交 換 器用 鋼 管、石油裂化用無 縫 管、 鍋 爐用無 縫 管等。 有 縫 管分 鍍鋅 (白 鐵 管 )和不 鍍鋅 (黑 鐵 管 )兩種。 （ 3）型鋼 有 圓鋼 、方 鋼 、扁 鋼 、角 鋼 （等 邊 與不等 邊 ）、工字 鋼 和槽 鋼 。 圓鋼 與方 鋼 主要用來制造各 類軸 件；扁 鋼 常用作各種 槳葉；工字 鋼 、槽 鋼 、角 鋼 廣泛用于工 業(yè) 建筑和金屬 結(jié) 構。 壓力容器用鋼 21 （ 4）鑄鋼和鍛鋼 鑄鋼用 ZG表示， ZG2 ZG35等，用于制造各種承受重載荷的復雜零件，如泵殼、閥門、泵葉輪等。 鍛鋼有 0 1 … 、 50等牌號，壓力容器用 25等制作管板、法蘭、頂蓋等。 壓力容器用鋼 22 ?低合金高強度鋼 鋼板為 16MnR、 15MnVR、 15MnNbR、18MnMoNbR、 13MnNiMoNbR、 07MnCrMoVR及 16MnDR等低溫用低合金鋼。鋼管為 16Mn、15MnV。常見的有： 16MnR、 15MnVR。 鋼板 牌號 使用溫度 ℃ 殼體鋼板厚度 mm 說明 20R 20~475 6~100 嚴于碳素結(jié)構鋼 16MnR 20~475 6~120 加入適量 Mn元素強度顯著提高 壓力容器用鋼 23 ?16MnR ? 屈服強度 350MPa的低合金高強度鋼，具有良好的綜合力學性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性。 ? 中國壓力容器專用鋼板中使用量最大的一個鋼號，用于 20~475℃ 的中低壓壓力容器殼體及承壓構件、液化石油氣瓶及中小型球罐。 ? 缺口敏感性比低碳鋼大、疲勞強度低、焊接時易產(chǎn)生裂紋。 低合金鋼強度鋼 24 ?16MnR， Mn的作用： ? 溶于鐵素體產(chǎn)生較強的固溶強化作用； ? 降低奧氏體分解溫度，細化鐵素體晶粒，使珠光體量增加、晶片變細，消除晶界上的粗大片狀碳化物，提高強度和韌性； ? 降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使鋼具有較好的低溫韌性。 ? 含量超過 %，因貝氏體的出現(xiàn)，使鋼的塑性、韌性下降，焊接性能變壞，容易產(chǎn)生裂紋。 低合金鋼強度鋼 25 ?15MnNbR ? 屈服強度 370MPa，顯微組織為鐵素體 +珠光體。 ? 強度、韌性高于 16MnR