压力容器材料分析

S 是钢中的有害元素，越少越好。S以 FeS的形态存在于钢中。FeS与Fe能形成低 熔点（985℃）的共晶体，当热加工的加工 温度高于此温度时，分布在晶界上的共晶 体熔化，导致加工开裂，这就是所谓的热 脆性，含S量越高，热脆性就越严重。 • P 能全部溶于铁素体内，而使铁素体在 室温下的强度提高，韧性下降，产生冷脆 性。使钢的冷加工性能和焊接性能变坏. • 硫——能促进非金属夹杂物的形成，使塑 性和韧性降低。磷——能提高钢的强度， •
（2）钢材类型
• 按化学成分分，可分为碳素钢、低合金钢、 高合金钢。 • a.碳素钢 • 含C量<2.06%的铁碳含金， • 压力容器常用碳素钢有两类： • 一类：Q235系列、10，20钢管，20，35锻 件 • 一类：（专用钢板）20R • R：表示压力容器专用钢板，主要对20 钢的S.P等有害元素控制更加严格，表面质 量要求更高。常用于常压，中低压压力容 器。 • b.低合金钢 low-alloy steel
发展热连轧拓宽了我国热轧薄板的品种，除了生产碳素结构钢热 轧薄钢板外，还具备了生产石油管线用钢板、集装箱用钢板、船板、 耐侯钢板等多种高附加值、高技术含量产品的能力。在规格上，可生 产厚度1.0-25mm、宽度600-1900mm的热轧板材。 • 通过“九五”期间的建设，我国热轧薄板的生产虽然取得了显著 的发展，在数量、品种规格和质量上供需矛盾仍然很突出。随着国民 经济的发展，对热轧薄板的需求量逐年增加，特别是国内对镀锌板、 彩涂板的需求量增长很快，作为其基板的冷轧薄板的需求量也相应增 加，目前我国热轧薄钢板生产能力尚不能满足国内市场的需求，每年 都需进口300多万吨热轧薄钢板，以弥补国内不足。在品种规格上， 国产薄规格的热轧板材产品少，在进口的热轧薄板中，市场急需的厚 度小于3mm的薄规格热轧板材占60%以上。在质量上的问题也比较多， 由于投产较早的热连轧机组工艺和技术装备水平落后，自动控制程度 低，总体装备水平不高，生产的热轧薄板产品表面质量不高，不能全 部满足下游产品对热轧薄板的质量要求。2001年全国热轧薄钢板产量 约992万吨，占钢材总产量的6.3%；而进口热轧薄钢板约326.7万吨， 占进口总量的19%。 • “十五”期间国家将加大钢铁工业的调整力度，将新建一批热连 轧机组，同时改造部分热连轧生产线。预计到2005年热轧薄板基本能 满足国内市场需求。 •
感想
近年来钢铁行业原料价格大幅上涨，我 国作为钢铁生产大国在每年一度的铁矿石 谈判中缺乏话语权，因此我们在全球范围 内寻求铁矿石，提高原料自给率，这样能 有效缓解原料价格上涨对钢铁企业利润的 挤压。 钢铁流通业的集中度比钢铁生产企 业的集中度更低，加剧了钢材市场的价格 竞争。通过对钢铁营销渠道的整合，扩大 市场占有率，提高钢铁生产企业在流通领 域的定价权，在一定程度上有利于国内钢 铁价格的稳定。 • 而作为大学生的我们，也应提高自己的 •
（3）材料的使用经验
对已有成功使用经验，要清楚其化学成 分的控制要求，载荷作用下应力状态；操 作规程和最长使用时间。 • 对不成功的，根据失效原因，采取相应 的措施。 •
（4）材料价格
• 相同规格的价格，不锈钢>低合金钢>碳素 钢。需较厚不锈钢时，尽量采用复合材料 衬里。堆焊或多层结构。
控制压力容器用钢中的硫磷含量
• （2）零件的功能和制造工艺
• • 功能：筒体，封头承压空间与介质接触选 择与介质相容的承压钢板。 • 支座：不承压，不接触介质, • 除与容器接触垫板外，可选用普通碳素 钢, • 制造工艺：从保证制造质量,方便制造, 选材料。 • 沸腾钢（Q235-A.F）搪玻璃效果比镇静 钢（Q235-A）好。
环境对压力容器用钢性能的影响
压力容器除受到包括介质压力在内的各 种载荷作用外，其工作环境对材料的性能 也有着不可低估的影响，有时这种影响甚 至超出了介质的影响。 • 环境的影响因素很多，如： • 温度的高低波动，载荷的波动，介质的性 质，加载的速度等。 •
温度
• • • 有的压力容器长期在高温下工作（热壁加氢反应器） 有的压力容器长期在低温下工作（液氧，液氨贮罐） 材料在高温或低温下的性能与常温下并不相同
• a.全面腐蚀 • 与腐蚀介质直接接触的全部或大部分金属 表面发生比较均匀的大面积腐蚀。 • 危害：厚度变薄，强度不足，发生膨胀以 至爆破。 • 防止：选用耐腐蚀材料，衬里或堆焊。 • b.局部腐蚀 • 集中在金属表面局部区域的腐蚀
（2）应力腐蚀
• • • • • • 在拉伸应力和特定腐蚀介质的共同作用 下，导致材料开裂或早期破坏 断裂前往往无明显塑性变形，危险性很大 特点①拉应力大于临界值 பைடு நூலகம்特定合金和介质的组合 常见的应力腐蚀 防止：合理选择材料，H2S采用抗H2S 的钢，如12Cr2MoAlV减少或消除残余应力， 焊后消除应力热处理。改善介质条件，减 少有害离子成分，添加缓性剂（吸附在金 属表面上）涂层保护。
压力容器材料分析
压力容器常用钢材
• 1. 钢材形状
• • • • • • • • • • 从钢厂生产出的钢材包括：钢板、钢管、钢棒、钢丝、锻件、铸 件等； 压力容器使用的钢材主要是：板材，管材和锻件。 a.钢板 钢板卷焊制圆筒，冲压可制成封头。 应具有性能：较高的强度及良好的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能。 b.钢管 用于接管，换热管等； 要求：较高的强度和塑性，良好焊接性能。 c.锻件 用作：高压容器的平、盖端部法兰，接管法兰。
• （c）介质 • 选材应考虑与介质的相容性 • 碳素钢用于腐蚀性不强的常压，低压容 器，壁厚不大，中压容器。 • 低合金高强度钢用于腐蚀性不强,壁厚较 大（38mm）的受压容器。 • 珠光体耐热钢用作抗高温氢或硫化氢腐 蚀或设计温度为350～650℃的压力容器用 耐热钢。 • 不锈钢用于腐蚀性较强，或设计温度
介质
• 介质可能引起材料腐蚀，组织性能的改变。 • 1 腐蚀概述 • a.电化学腐蚀 • 金属在电解质中，由于各部位电位不同， 形成微电池，在电子交换过程中产生电流， 作为负级的金属被逐渐溶解的一种腐蚀。 • 如碳素钢在水或潮湿环境中的腐蚀。 • b.化学腐蚀 • 金属在介质中直接发生化学反应的腐蚀 • 按腐蚀的形成，也可分为两大类
压力容器钢材的选择
• • • • • • • 面 （1）压力容器的使用条件 使用条件包括设计温度、设计压力、介质 特点、操作特点。 （a）设计温度 Q235系列不适用于0℃以下 15CrMoR,12CrlMoV抗氢钢，适于高温， 高压临氢的压力容器。 （b）设计压力 选择压力容器材料应综合考虑的下几方
• 因此，与一般结构钢相比，压力容器用钢 对硫、磷、氢等有害杂质元素含量的控制 更加严格。 • 例如 • 中国压力容器用钢的硫和磷含量分别应低 于0.020%和0.030%。 • 随着冶炼水平的提高，目前已可将硫的含 量控制在0.002%以内。化学成分对热处理 也有决定性的影响，如果对成分控制不严， 就达不到预期的热处理效果。
我国生产钢材的现状
• 为了适应市场需求和钢铁工业发展的需 要，“九五”期间我国把发展热轧薄板作 为钢铁工业结构调整的主要内容。通过采 用国外先进技术和装备，在“九五”期间 相继建成了邯郸钢铁集团公司和广州钢铁 集团公司珠江钢厂的两套薄板坯连铸连轧 机组、宝山钢铁股份有限公1580mm热连轧 机组以及鞍山钢铁集团公司1780mm热连轧 机组，完成了本溪钢铁集团公司热连轧改 造等项目。2001年包头钢铁集团公司的薄 板坯连铸连轧机组又建成投产。这些建设 项目的完成提高了我国钢铁工业热轧薄板
• 在低温下： • 温度下降,碳钢，低合金钢强度上升,韧性下降 • 韧脆性转变温度（脆性转变温度）： Temperature of ductile-to-brittle transition • 当温度低于某一界限时，钢的冲击功大幅度下 降，从韧性状态变为脆性状态的温度
高温，长期静载下钢材性能
• 高温下材料的强度等性能除随温度的升 高而改变外，还和时间有关. • 蠕变现象：在高温和恒定载荷作用下， 金属材料会产生随时间而发展的塑性变形， 这种现象称蠕变(Creep)现象。 • 蠕变温度：碳素钢超过420℃；低合金钢 400~500℃ • 危害：使材料产生蠕变脆化，应力松驰， 蠕变变形和蠕变断裂。