{压力容器管理}第二篇压力容器

第二篇 压力容器,第六章 压力容器与化工设备常用材料 第七章 压力容器的薄膜应力、弯曲应力、二次应力 第八章 内压容器 第九章 外压容器与压杆的稳定计算 第十章 法兰连接 第十一章 人孔、手孔、视镜和液面计 第十二章 开孔补强与设备凸缘 第十三章 容器支座 第十四章 容器的焊接结果 第十五章 压力容器的监察管理与定期检验,1 金属的晶体结构 2 铁碳合金 3 碳素钢 4 合金钢 5 压力容器用钢板的检验 6 锻件与紧固件 7 铸铁 8 铜及铜合金 9 铝及铝合金 10 钛及钛合金,第六章 压力容器与化工设备常用材料,第一节 金属的晶体结构,金属原子结构特点： 最外层的电子数很少，一般只有一二个； 最外层电子与原子核的结合力较弱，因此很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子。 金属键：在金属中自由电子，在所有的金属正离子之间穿梭运动，把带正电的金属离子牢固地束缚在一起，这种金属原子之间的结合方式称为金属键。,一、金属原子结构特点与金属键,第一节 金属的晶体结构,二、金属原子的晶体结构,金属是晶体金属晶体是以密堆积形成的。,实际使用的金属是多晶体组织，具有各向同性，实际强度比理论强度低几十倍甚至几百倍。,体心六方晶格,面心六方晶格,密排六方晶格,1 金属的晶体结构 2 铁碳合金 3 碳素钢 4 合金钢 5 压力容器用钢板的检验 6 锻件与紧固件 7 铸铁 8 铜及铜合金 9 铝及铝合金 10 钛及钛合金,第六章 压力容器与化工设备常用材料,第二节 铁碳合金,-Fe：体心立方晶格结构（910 ）的铁称为-Fe,-Fe和-Fe可相互转变，-Fe经加热可转变为-Fe ，反之高温下的-Fe冷却可变为-Fe，这种转变称“同素异构转变” 。 铁的同素异构转变是铁原子在固态下重新排列的过程，实质上也是一种结晶过程，构成铁碳合金一系列性能的依据，是钢进行热处理的依据。,体心立方晶格,面心立方晶格,1）铁,（二）碳,碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中加入少量的碳，强度显著增加。 碳在铁碳合金中的存在形式有三种：固溶体、化合物和混合物。,1. 固溶体,固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体。,碳铁固溶体：碳原子挤到铁的晶格中间去又不破坏铁所具有的晶格结构。,第二节 铁碳合金,第二节 铁碳合金,铁素体：碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体 -Fe原子间隙小，溶碳能力低（最大溶解度不超过0.02），铁素体的性质与纯铁相似，强度和硬度低，但塑性和韧性很好。 低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。 室温时，钢的组织中只有铁素体，没有奥氏体。,奥氏体：碳溶解在-Fe中形成固溶体称奥氏体。 -Fe原子间隙较大，碳的溶解度比-Fe中大得多（723 0.8，1147 2.06）。 奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变时产生的。 奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。,第二节 铁碳合金,铁碳合金中的碳不能全部溶入-Fe或-Fe中时，剩余的碳将和铁形成一种化合物（Fe3C），称为渗碳体。,渗碳体的硬度极高，塑性几乎等于零，是一个硬而脆的组织。,纯粹的渗碳体又硬又脆无法应用。但在塑性很好的铁素体基体上散布着这些硬度很高的微粒，将大大提高材料的强度。,含碳量越高，钢中的渗碳体越多，钢的强度和硬度越高，但塑性和韧性越低。通常C2.11%为铁。,当把刚加热至高温，铁素体转变为奥氏体，增加溶碳量,第二节 铁碳合金,当铁碳合金中的碳含量较高（2.11%）时，不能溶解铁中的碳将由以石墨状态存在，这种合金称为铸铁。,3. 混合物碳以石墨状态单独存在,石墨本身性软，且强度很低，所以铸铁的抗拉强度和塑性都比碳钢低。但是石墨的存在，并不削弱抗压强度，并且使铸铁具有一定消震能力。,铸铁中石墨的存在形式与分布,球状石墨,细片状石墨,粗片状石墨,铸铁中石墨的存在形式不同，球状石墨的铸铁称球墨铸铁，它的强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。,第二节 铁碳合金,铁碳合金基本组织的性质及性能特点,第二节 铁碳合金,珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物。 珠光体力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。,4. 珠光体,莱氏体：珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。 莱氏体具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。,5. 莱氏体,第二节 铁碳合金,马氏体：钢和铁从高温急冷下来的组织，含有过饱和碳的-Fe固溶体。 马氏体具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。,6. 马氏体,第二节 铁碳合金,第二节 铁碳合金,三. 过冷奥氏体的恒温转变,钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727oC以下时秉承不稳定的 过冷奥氏体。,第二节 铁碳合金,四、钢的热处理,热处理：将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。 热处理目的：改进钢的加工工艺性能，充分发挥钢材的潜力，提高其使用性能，节约成本，延长工件的使用寿命。 热处理工艺不仅应用于钢和铸铁，亦广泛应用于其它材料。,热处理,普通热处理,表面热处理,退火,正火,淬火,回火,表面淬火,火焰加热表面淬火,感应加热表面淬火,化学热处理,：渗碳、渗氮、碳氮共渗,第二节 铁碳合金,正火：把钢（工件）放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，置于空气中冷却。 正火目的：细化晶粒，提高韧性，有比退火更高的强度与硬度。 正火与退火不同之处：正火的冷却速度要比退火快一些，因而晶粒变细，钢的韧性可显著提高。 铸件、锻件切削加工前一般进行退火或正火。,1. 退火和正火,退火：把钢（工件）放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却下来的一种热处理工艺。 退火目的：消除组织缺陷、降低硬度、提高塑性、便于冷加工、消除内应力、防止工件变形。,第二节 铁碳合金,2. 淬火和回火,淬火：把钢（工件）放在炉中缓慢加热至淬火温度(临界点以上3050)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。 淬火后得到的组织是马氏体，可增加硬度、强度和耐磨性。 针对不同的钢种，淬火剂有空气、油、水、盐水，其冷却能力递增。一般碳钢在水和盐水中淬火，合金钢导热性能比碳钢差，一般在油中淬火。,第二节 铁碳合金,回火：把淬火后的钢件重新加热到一定温度，经保温烧透后再行冷却的一种热处理操作。 回火目的：可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。 回火分类：低温回火、中温回火、高温回火 低温回火：在150250范围内的回火。目的是不降低硬度消除内应力。刃具、量具，要进行低温回火处理。 中温回火：300450回火。目的是消除内应力降低硬度提高弹性。弹簧、刀杆、轴套等进行中温回火。 高温回火：500680回火。可以获得塑性、韧性和强度均较高的优良综合机械性能。 调质处理：淬火后的高温回火。可提高钢材的综合机械性能，广泛用于各种重要零件中。,第二节 铁碳合金,3. 化学热处理,化学热处理：把钢放在一定介质中加热到一定温度，使介质原子渗入钢内改变钢表面层化学成分和组织结构，从而获得某些特殊性能。 种类：渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。 渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等,1 金属的晶体结构 2 铁碳合金 3 碳素钢 4 合金钢 5 压力容器用钢板的检验 6 锻件与紧固件 7 铸铁 8 铜及铜合金 9 铝及铝合金 10 钛及钛合金,第六章 压力容器与化工设备常用材料,第三节 碳素钢,一、碳钢的分类和编号,按质量分类 普通碳素钢 钢号由屈服限Q、质量等级（A-D），脱氧方法组成 优质碳素钢 两类31个钢号，钢号的数字代表碳平均含量的万分值,按含碳量分类 低碳钢：0.6% 强度及硬度较高，塑性较差，用于制造弹簧、钢丝等。,1. 碳钢的分类,第三节 碳素钢,思考： （1）请完整描述Q215-A.F所代表的意思？,（2）15 Mn、70Mn、15三个钢号有什么区别？,第三节 碳素钢,容器专用钢板 20R 锅炉专用钢板和钢管 钢板钢号：20g 钢管钢号：20G 焊接气瓶专用薄钢板 HP245HP365 船用钢板 A、B,3）专用钢材,第三节 碳素钢,二、碳钢的性能,碳钢的力学性能与钢的含碳量、热处理条件、零件尺寸、使用温度有关。P108-110,1. 力学性能,碳钢有较好的制造工艺性能，可以进行铸造、锻压、焊接、切削等各种形式的冷、热加工。,2. 制造工艺性能,3. 耐腐蚀性,碳钢的耐腐蚀性较差，在盐酸、硝酸、稀硫酸、醋酸氯化物溶液及浓碱中均能被腐蚀。 耐浓硫酸、浓度<30 %稀碱腐蚀,第三节 碳素钢,四、碳钢的品种,厚钢板厚度： 4mm6mm厚度间隔为0.5mm 6mm30mm厚度间隔为 lmm 30mm60mm厚度间隔为2mm 常用的碳素钢板材有 Q235-A、 Q235-AF、08、10、15、20等,品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢,（一） 钢板,钢板主要用于制造容器的壳体和封头，分薄钢板(0.2-0.4mm)和厚钢板。,第三节 碳素钢,钢管分无缝钢管和有缝钢管。 有缝钢管用于输送水、煤气、空气、取暖蒸汽等低压流体。工作压力高压0.6Mpa，不允许使用有缝钢管。 无缝钢管有冷拔和热轧管。 无缝钢管用于压力容器和化工设备。,（二） 钢管,1.钢管的种类及其常用标准,第三节 碳素钢,2.钢管的尺寸,（1）无缝钢管的尺寸,注：钢管的公称直径是根据法兰的公称直径系列 人为规定的,（2）有缝钢管的尺寸,1 金属的晶体结构 2 铁碳合金 3 碳素钢 4 合金钢 5 压力容器用钢板的检验 6 锻件与紧固件 7 铸铁 8 铜及铜合金 9 铝及铝合金 10 钛及钛合金,第六章 压力容器与化工设备常用材料,第四节 合金钢,合金钢：为了改善碳钢的性能，在碳钢中熔入某些合金元素得到的钢。,碳钢存在一定缺点： 碳钢的强度低（） 碳钢的耐腐蚀性差（ ） 碳钢的使用温度范围较窄（ ）,分类：根据熔入合金元素的多少，合金钢可以分为低合金钢和高合金钢两类。,第四节 合金钢,合金元素对钢材性能的影响： 降低钢材的临界淬火速度 增加钢组织的分散度 提高铁素体的强度 减少马氏体的脆性 提高钢材的高温强度及抗氧化性 增强钢材的耐蚀性,一、合金元素对钢材性能的影响,第四节 合金钢,二、低合金钢,由碳素钢+Mn、Cu、 Ti、V、Nb等元素组成； 含碳量均较低（0.25%） 一般合金元素含量<1%，合金元素总含量25%。,1.（1） 成分特点,强度提高； 耐腐蚀性能提高； 低温性能提高。,（2） 性能特点（相对碳钢）了解,第四节 合金钢,（3） 合金钢牌号的表示方法,合金钢牌号的表示方法：,国际化学符号，如35CrMo,数字表示平均含碳量（质量分数）的万分数，合金元素符号后面的数字表示合金元素含量的百分数，当其含量小于1.5%时，可不标含量。,实例：35CrMo,含碳量平均为0.35%，含 Cr、Mo在1%左右。,合金元素平均含量1.5%、2.5%，3.5%时，在元素符号后面应标明2、3、4。,实例：36Mn2Si,第四节 合金钢,低合金钢牌号实例：,36Mn2Si 注意：钢号中的数字只反映含量平均值或大致情况。 16Mn 含碳量0.120.20，含锰量1.21.6。 0.9Mn2V 含碳量0.12，含锰量为1.41.8，含钒量是0.04。,第四节 合金钢,2. 合金钢的分类,根据国家标准，低合金钢又分成两类： （1）低合金结构钢（GB1519） 主要供焊接使用的低碳含量（0.25%）的低合金钢 （2）合金结构钢（GB3077） 与低合金结构钢的主要区别是碳含量范围比较宽，一般为0.170.54