压力容器用材料培训-PPT课件

c.
疲劳: 压力容器长期受到交变裁荷作用而出现的一种失效形式，且多为低周期高应力 的疲劳，即局部应力接近或高于材料的屈服点，但载荷的交变次数却比较低，常为 105以下的次数。 容器发生低周疲劳断裂时，不管材料处于韧性状态还是脆性状抵一般都不产生明 显的塑性交形。疲劳断裂时，容器直径不会明显增大，壁厚不会明显减薄，断裂 状态往往是先开裂一个断口， 使容器泄漏。疲劳断裂断口 与脆性断裂断口明显不同， 其断口一般都存在比较明显 的两个区域：一个是较平滑 的疲劳裂纹萌生及扩展区， 另一个是凹凸不平的最后断 裂区。在低周废劳的裂纹萌 生及扩展区比较难发现其宏 观形貌特征，而断口的微观 特征——疲劳辉纹却比较明 显，电子金相中常可见到象 贝壳一样的花纹，即裂纹扩 展的弧形纹路，又称“年轮” 条纹。在断裂区，若为韧性 断裂，断口里暗灰色纤维状，若为脆性断裂，断口为租粒结晶状。
b.
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脆性断裂:压力容器在压力的作用下，器壁材料没有发生宏观的塑性 变形，其应力远远没有达到材料的抗拉强度，有的甚至还低于屈服 点而产生突然断裂的失效形式是脆性断裂。 脆性断裂时，容器的周长、体积没有变化或变化甚微，材料还 处于弹性阶段，容器壁厚一般没有减薄。容器断裂后往往产生很多 碎片，把碎片拼接起来，可恢 复原来容器的形状。断裂断口 呈金属光泽的结晶状，断口平 整，断裂的宏观表面与主应力 方向垂直。在器壁很厚的容器 脆断口上，常可看见人字形纹 路或放射花样，人字形纹路尖 端或放射点总是指向裂纹源的， 始裂点往往是在有缺陷或几何 形状突变而应力和应变集中处。
③
f . 应力腐蚀 :材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的 共同作用下产生的失效现象. 应力腐蚀的机理是：零件或构件在应 力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面 和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶 解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电 流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏 处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。这种裂纹不仅可 以沿着金属晶粒边界发展，而且还能穿过晶粒发展。 预防晶界腐蚀的措施有： ① 合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开 裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体 钢等。 ② 合理设计零件和构件，减少应力集中。 ③ 改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的 措施。采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。 ④ 采用阴极保护法也可减小或停止应力腐蚀。
前言
材料是压力容器的物质基础，正确选用压力容器材料是保证压 力容器长期安全使用的一个基本条件。压力容器应用很广泛；备行备 业都有，工作条件多种多样，加上近年来石油化工、核能、宇航等工 业的不断发展，工艺过程向高压、超高压、高温、低温和超低温开拓， 由此对构成压力容器的材料提出了更高的要求。如何正确选用结构材 料，保证压力容器长期安全远行，这是一个很重要的问题。 一. 压力容器的失效与材料的关系 1.压力容器的失效形式 压力容器常见有韧性断裂、脆性断裂、疲劳、蠕变、腐蚀等失效 形式：
e.
防止晶界腐蚀的措施有：
① ②
调整焊缝的化学成份，加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性， 如加入钛或铌等。 减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降低 形成晶界腐蚀的倾向，含碳量在0．04%以下，称为“超低碳”不锈 钢，就可以避免铬的碳化物生成。 工艺措施，控制在危险温 度区的停留时间，防止过 热，快焊快冷，使碳来不 及析出。
腐蚀: 腐蚀是压力容器常见的失效形式。容器失效约有三分之一是 腐蚀原因造成的。压力容器常见的腐蚀失效类型有均匀腐蚀、点腐 蚀、晶问腐蚀、应力腐蚀开裂、氢腐蚀和腐蚀疲劳等，而其中最常 见又最危险的是应力腐蚀开裂。 a) 均匀腐蚀：又称称全面腐蚀，指在器壁整个暴露表面上或者是大面 积上产生程度基本相同的腐蚀。压力容器在设计时考虑足够的腐蚀 裕度，则能在设计寿命内安全使用。 b) 点腐蚀：在器壁表面出现个别深坑或密集斑点的腐蚀。大多数点蚀 是由于氯化物，溴化物、次氯酸盐及含氯离子的溶液腐蚀而引起的。 c) 晶间腐蚀：一般是指不锈钢在晶粒之间产生的一种沿着金属晶粒间 的分界面向内部扩展的腐蚀。晶间腐蚀降低金属晶粒之间的结合力， 容易造成晶粒脱落或使材料强度明显下降。晶间腐蚀不易被发现， 常常造成容器突然断裂，危害性很大。 形成晶间腐蚀的原因：一般产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔 合线上，不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大 于10-12%。当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬 的扩散速度多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合， 在晶间形成碳化铬的化合物，而内部的铬来不及向晶界扩散，所以 在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而 是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，形成所谓 的“贫铬区”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力， 而产生晶间腐蚀。
d. 蠕变: 压力容器长期在恒温、桓应力作用下工作(即使应力低于屈服点)， 由于材料产生缓慢而连续的塑性变形，使容器几何尺寸逐渐增大，从 出现滑移带和扭挤带至形成微裂纹，最后导致断裂的一种失效形式。 蠕变在低温下也会产生，但只有当温度高于0.3TM(以绝对温度表示材 料的熔点)时才比较明显。在高温或低应变速度下产生脆性沿晶断裂， 断口呈现冰糖状，在温度不很高或高应变速度下产生韧性穿晶断裂。 压力容器蠕变断裂不常见，但个别零部件 的甥变断裂则常有发生。产生蠕变的原因常 因选材不当，错用抗蠕变性能不好的材料， 结构不合理导致过热；使用温度高于材料的 再结晶软化温度；或制造工艺不当降低材料 的抗蛹变性能等。图示为热处理加热炉工件 输送带材料为Cr25Ni20Si2铸件。使用温度 850℃，炉内介质气氛有氮和甲醇。输送带连 续使用一年左右发生断裂。
a.
韧性断裂： 压力容器在压力的作用下，当器壁应力超过材料屈服点 后，器壁材料会发生塑性变形。随着应力的本断增加，当器壁上的 应力超过材料的抗拉强度后，容器合产生明显的宏观塑性变形而至 断裂失效。这种失效形式就是韧性断裂。 在韧性断裂失效的容器上， 如果材料本身没有宏观的缺陷，内部裂纹很小，一船失效容器的圆 周伸长率和容积增大率高达百分之十以上，容器断裂后没有碎片或 偶然有少量碎片。断裂断口的宏现形貌可为剪切唇或纤维状。 如果材料没有宏观缺 陷和内部小裂纹，正确 设计和合理使用的压力容 器一般是不会发生韧性 断裂的。但如果容器超压 使用，维护不良等造成器 壁减薄，会导致韧性断裂。