3.4压力容器材料选择 过程设备设计 3.4压力容器材料选择 3.4.1压力容器用钢的基本要求 3.4.2压力容器钢材的选择 2
过程设备设计 3.4.1 压力容器用钢的基本要求 3.4.2 压力容器钢材的选择 3.4 压力容器材料选择 3.4 压力容器材料选择 2
3.4压力容器材料选择 过程设备设计 3.4压力容器材料选择 教学重点： 压力容器钢材的选择。 教学难点： 无 3
过程设备设计 3.4 压力容器材料选择 教学重点： 压力容器钢材的选择。 3.4 压力容器材料选择 3 教学难点： 无
3.4压力容器材料选择 过程设备设计 3.4压力容器材料选择 压力容器材料费用占总成本的比例很大，一般超过30%。 材料性能对压力容器运行的安全性有显著的影响。选材不当， 不仅会增加总成本，而且有可能导致压力容器破坏事故。 钢—用的最多 有色金属 压力容器材料多种多样 非金属 复合材料 4
3.4 压力容器材料选择 过程设备设计 3.4 压力容器材料选择 压力容器材料费用占总成本的比例很大，一般超过30％。 材料性能对压力容器运行的安全性有显著的影响。选材不当， 不仅会增加总成本，而且有可能导致压力容器破坏事故 ，而且有可能导致压力容器破坏事故。 4 压力容器材料多种多样 钢——用的最多 有色金属 非金属 复合材料
3.4压力容器材料选择 过程设备设计 3.4.1压力容器用钢的基本要求 压力容器用钢 较高的强度 的基本要求 良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性 化学成分的设计 改善钢材性能的途径 组织结构的改变 零件表面改性 本节对压力容器用钢的基本要求作进一步分析。 5
过程设备设计 3.4.1 压力容器用钢的基本要求 压力容器用钢 的基本要求 较高的强度 良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性 、制造性能和与介质相容性 改善钢材性能的途径 化学成分的设计 组织结构的改变 3.4 压力容器材料选择 5 本节对压力容器用钢的基本要求作进一步分析。 改善钢材性能的途径 组织结构的改变 零件表面改性
3.4压力容器材料选择 过程设备设计 3.4.1压力容器用钢的基本要求 化学成分 钢材化学成分对其性能和热处理有较大的影响。 1、碳 碳含量 强度增加 焊接时易在热影响区出现裂纹 可焊性变差 压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25% 2、钒、钛、铌等 在钢中加入钒、钛、铌等元素， 可提高钢的强度和韧性。 6
过程设备设计 一、化学成分 钢材化学成分对其性能和热处理有较大的影响。 1、碳 碳含量 强度增加 可焊性变差 焊接时易在热影响区出现裂纹 3.4 压力容器材料选择 3.4.1 压力容器用钢的基本要求 6 压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25% 在钢中加入钒、钛、铌等元素， 可提高钢的强度和韧性。 2、钒、钛、铌等
3.4压力容器材料选择 过程设备设计 3.4.1压力容器用钢的基本要求 3、S、P是钢中最主要的有害元素 硫 能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。 磷一能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。 将疏和磷等有害元素含 可提高钢材的韧性、抗应 量控制在很低水平，即 变时效性能、抗回火脆化 大大提高钢材的纯净度 性能、抗中子辐照脆化能 力和耐腐蚀性能。 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，目前已可将疏的含量控制在 0.002%以内。 7
过程设备设计 3、S、P是钢中最主要的有害元素 是钢中最主要的有害元素 硫——能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低 ，使塑性和韧性降低。 磷——能提高钢的强度，但会增加钢的脆性 ，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性 ，特别是低温脆性。 将硫和磷等有害元素含 量控制在很低水平，即 可提高钢材的韧性、抗应 变时效性能、抗回火脆化 3.4 压力容器材料选择 3.4.1 压力容器用钢的基本要求 7 量控制在很低水平，即 大大提高钢材的纯净度 变时效性能、抗回火脆化 性能、抗中子辐照脆化能 、抗中子辐照脆化能 力和耐腐蚀性能。 因此，与一般结构钢相比 ，与一般结构钢相比，压力容器用钢对硫 ，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 ，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 ，目前已可将硫的含量控制在 0.002%以内
3.4压力容器材料选择 过程设备设计 3.4.1压力容器用钢的基本要求 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。 8
过程设备设计 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 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 3.4 压力容器材料选择 3.4.1 压力容器用钢的基本要求 8 如果对成分控制不严 ，就达不到预期的 热处理效果 。 如果对成分控制不严 ，就达不到预期的 热处理效果
3.4压力容器材料选择 过程设备设计 3.4.1压力容器用钢的基本要求 二、力学性能 材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质等）下， 承受各种外加载荷时所表现出的力学行为。 钢材的力学行为，不仅与钢材的化学成分、组织结构有关， 而且与材料所处的应力状态和环境有密切的关系。 9
过程设备设计 二、力学性能 材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质等）下， 承受各种外加载荷时所表现出的力学行为。 3.4 压力容器材料选择 3.4.1 压力容器用钢的基本要求 9 钢材的力学行为，不仅与钢材的 ，不仅与钢材的化学成分、组织结构有关， 而且与材料所处的应力状态和环境有密切的关系。 钢材的力学行为，不仅与钢材的 ，不仅与钢材的化学成分、组织结构有关， 而且与材料所处的应力状态和环境有密切的关系
3.4压力容器材料选择 过程设备设计 钢材的力学性能主要是表征强度、韧性和塑性变形能力的判 据，是机械设计时选材和强度计算的主要依据。 包括抗拉强度6， 屈服点6。 a、压力容器设计中，常用强度判据 持久极限OD 蠕变极限Om 疲劳极限61 延伸率δ b、压力容器设计中，常用塑性判据 断面收缩率D 冲击吸收功Aky c、压力容器设计中，常用韧性判据 韧脆转变温度 断裂性 10
过程设备设计 钢材的力学性能主要是表征强度、韧性和塑性变形能力的判 、韧性和塑性变形能力的判 据，是机械设计时选材和强度计算的主要依据 是机械设计时选材和强度计算的主要依据 。 a、压力容器设计中 、压力容器设计中，常用强度判据 ，常用强度判据 包括抗拉强度 б b 屈服点 б s 持久极限 蠕变极限 疲劳极限 б - 1 3.4 压力容器材料选择 σ d σ D σ n 10 疲劳极限 б - 1 b、压力容器设计中 、压力容器设计中，常用塑性判据 ，常用塑性判据 延伸率 δ 5 断面收缩率 c、压力容器设计中 、压力容器设计中，常用韧性判据 ，常用韧性判据 冲击吸收功 Akv 韧脆转变温度 断裂韧性 ϕ
3.4压力容器材料选择 过程设备设计 3.4.1压力容器用钢的基本要求 韧性 韧性对压力容器安全运行具有重要意义。在载荷作用下，压力 容器中的缺陷常会发生扩展，当裂纹扩展到某一临界尺寸时将 会引起断裂事故，此临界裂纹尺寸的大小主要取决于钢材的韧 性。 临界裂纹尺寸的大小主要取决于钢的韧性。如果钢的韧性高， 压力容器所允许的临界裂纹尺寸就越大，安全性也越高。 为防止发生脆性断裂和裂纹快速扩展，压力容器常选用韧性好 的钢材。 11
过程设备设计 韧性 韧性对压力容器安全运行具有重要意义。在载荷作用下 。在载荷作用下，压力 容器中的缺陷常会发生扩展，当裂纹扩展到某一临界尺寸时将 ，当裂纹扩展到某一临界尺寸时将 会引起断裂事故，此临界裂纹尺寸的大小主要取决于钢材的韧 ，此临界裂纹尺寸的大小主要取决于钢材的韧 性。 3.4 压力容器材料选择 3.4.1 压力容器用钢的基本要求 11 临界裂纹尺寸的大小主要取决于钢的韧性。如果钢的韧性高 。如果钢的韧性高， 压力容器所允许的临界裂纹尺寸就越大，安全性也越高 ，安全性也越高。 临界裂纹尺寸的大小主要取决于钢的韧性。如果钢的韧性高 。如果钢的韧性高， 压力容器所允许的临界裂纹尺寸就越大，安全性也越高 ，安全性也越高。 为防止发生脆性断裂和裂纹快速扩展，压力容器常选用韧性好 ，压力容器常选用韧性好 的钢材。 为防止发生脆性断裂和裂纹快速扩展，压力容器常选用韧性好 ，压力容器常选用韧性好 的钢材