《过程设备设计基础》 教案 3—压力容器材料及环境和时间 对其性能的影响 课程名称:过程设备设计基础 专业:过程装备与控制工程 任课教师:李
《过程设备设计基础》 教案 3—压力容器材料及环境和时间 对其性能的影响 课程名称：过程设备设计基础 专 业：过程装备与控制工程 任课教师： 李
第3章压力容器材料及环境和时间 对其性能的影响 s3-1压力容器材料 主要教学内容 授课方式 授课时数 1、压力容器常用材料 2、有色金属和非金属 讲授 1.5 教学目的和要求 1、掌握压力容器常用材料的分类、牌号和性能 2、了解有色金属和非金属的种类 教学重点和难点压力容器常用材料 果外作业 思考题 材料是制造压力容器的基础,正确选用压力容器材料是保证压力容器长期安全运行的基 本条件 压力容器的应力分析可以为选材提供最基本的依据和要求,同时,选择材料时还应考虑 容器工作时的环境、介质及其它具体条件的要求 不同的材料具有不同的化学成分、力学性能和使用条件,选择材料最基本的要求是能够 保证压力容器安全工作,同时做到经济、适用 、钢材形状 1、钢板 压力容器用钢板的要求 (1)必须用规定的钢板制造压力容器 规定允许用于制造压力容器的钢板有两类 ①压力容器专用钢板,如16MnR、20R等 ②可用于制造压力容器的非容器专用钢板,如普通碳素钢中的Q235-A、Q235-B,优质碳素 钢中的10、15、20、20g等。 (2)钢板必须按规定的限制条件使用,如设计压力、设计温度、厚度、介质限制、冶炼方 法等。 (3)制造压力容器的钢板必须有符合相应国家标准或行业标准规定的、内容齐全的质量证
第 3 章 压力容器材料及环境和时间 对其性能的影响 §3-1 压力容器材料 主 要 教 学 内 容 授课方式 授课时数 1、压力容器常用材料 2、有色金属和非金属 讲授 1.5 教学目的和要求 1、掌握压力容器常用材料的分类、牌号和性能 2、了解有色金属和非金属的种类 教学重点和难点 压力容器常用材料 课外作业 思考题 材料是制造压力容器的基础，正确选用压力容器材料是保证压力容器长期安全运行的基 本条件。 压力容器的应力分析可以为选材提供最基本的依据和要求，同时，选择材料时还应考虑 容器工作时的环境、介质及其它具体条件的要求。 不同的材料具有不同的化学成分、力学性能和使用条件，选择材料最基本的要求是能够 保证压力容器安全工作，同时做到经济、适用。 一、钢材形状 1、钢板 压力容器用钢板的要求： （1）必须用规定的钢板制造压力容器 规定允许用于制造压力容器的钢板有两类： ①压力容器专用钢板，如 16MnR、20R 等 ②可用于制造压力容器的非容器专用钢板，如普通碳素钢中的 Q235-A、Q235-B，优质碳素 钢中的 10、15、20、20g 等。 （2）钢板必须按规定的限制条件使用，如设计压力、设计温度、厚度、介质限制、冶炼方 法等。 （3）制造压力容器的钢板必须有符合相应国家标准或行业标准规定的、内容齐全的质量证
明书 2、钢管 D无缝钢管热轧无缝钢管 冷拔无缝钢管 用于过程设备较高压力的流体输送,材料通常为10、20号钢。 根据用途和材质,有多个无缝钢管标准,对所使用的无缝钢管,应注明属于哪个标注 过程设备常用标准 GB8163-87《输送流体用无缝钢管》 GB9948-88《石油裂化用无缝钢管》 GB6479-86《化肥设备用高压无缝钢管》 ●钢管使用时要用法兰、管件、阀门等连接,相连接的两个构件必须具有相同的公称直径 (DN)。 eg:DN200的钢管和法兰连接,钢管外径φ219,法兰内直径φ220。 (2)焊接钢管 输送水、煤气、空气、取暖蒸汽等较低压力的流体(p<O.6Mpa),材料可用Q235制造 3、锻件 (1)根据锻件检验项目和数量的不同,锻件分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。 (2)需焊接的锻件,材料用20号钢,不许焊接的锻件,材料用35或45号钢 (3)压力容器上使用的锻件不得低于Ⅱ级,若锻件截面尺寸大于300mm,或容器盛 装高度或极度危害介质,且锻件截面尺寸达50mm时,级别不得低于Ⅲ级。 4、圆钢、型钢 用于制作支承件、加强圈等,圆钢还可用于制作小尺寸的紧固件 圆钢材料为Q235-A、20、35号钢等,型钢材料多为Q235-A。 、钢材类型 按化学成分,压力容器用钢分为三类 1、碳素钢(C%<2.06%= 低碳钢(C%≤0.25%) 按含碳量{中碳钢(025%<C%≤0.6%) 高碳钢(C%>0.6%
明书。 2、钢管 用于过程设备较高压力的流体输送，材料通常为 10、20 号钢。 根据用途和材质，有多个无缝钢管标准，对所使用的无缝钢管，应注明属于哪个标注。 过程设备常用标准： GB8163-87《输送流体用无缝钢管》 GB9948-88《石油裂化用无缝钢管》 GB6479-86《化肥设备用高压无缝钢管》 钢管使用时要用法兰、管件、阀门等连接，相连接的两个构件必须具有相同的公称直径 （DN）。 eg：DN200 的钢管和法兰连接，钢管外径φ219，法兰内直径φ220。 （2）焊接钢管 输送水、煤气、空气、取暖蒸汽等较低压力的流体（p<0.6Mpa）,材料可用 Q235 制造。 3、锻件 （1） 根据锻件检验项目和数量的不同，锻件分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。 （2） 需焊接的锻件，材料用 20 号钢，不许焊接的锻件，材料用 35 或 45 号钢。 （3） 压力容器上使用的锻件不得低于Ⅱ级，若锻件截面尺寸大于 300mm，或容器盛 装高度或极度危害介质，且锻件截面尺寸达 50mm 时，级别不得低于Ⅲ级。 4、圆钢、型钢 用于制作支承件、加强圈等，圆钢还可用于制作小尺寸的紧固件。 圆钢材料为 Q235-A、20、35 号钢等，型钢材料多为 Q235-A。 二、钢材类型 按化学成分，压力容器用钢分为三类： 1、碳素钢（C%＜2.06%＝ 高碳钢（ ＞ ） 中碳钢（ ＜ ） 低碳钢（ ） 按含碳量 % 0.6% 0.25% % 0.6% % 0.25% C C C 冷拔无缝钢管 热轧无缝钢管 （1）无缝钢管
普通碳素钢(S≤0.055%,P≤0.045%) 按钢的质量优质碳素钢(S500%p50040%0) 高级优质碳素钢(S≤0030%,P≤0035%) ●普通碳素钢的Q235系列钢板和优质碳素钢均可用于制作压力容器 2、低合金钢 在优质碳素钢的基础上,加入一种或多种合金元素(合金元素总含量在3%以下),以提 高钢的强度和改善综合性能。 低合金钢是目前制造压力容器的主要钢材,其强度、韧性、耐腐蚀性等均优于相同含碳 量的碳素钢,减轻装备的重量,可节省钢材1/3-2/3 GB150—1998《钢制压力容器》推荐适用的低合金钢板有:16MnR、15MnVR、15 MnVNr l8 MnMoNbR、13 MnNimonbR、07 MnCrmovr,其中16MnR是s350Mpa级的普通低合金高强度钢 具有优良的力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性,是中国压力容器专用钢板中用 量最大的钢种 3、高合金钢(合金元素总含量大于10%) 主要有铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢等,如0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni0Ti等,主要用于耐 腐蚀和耐高温等特殊场合,如不锈钢、耐热钢等 不锈钢中的主要元素是Cr、Ni、Mo、Ti,其中Cr、Ni含量较高 *不锈钢的耐蚀性主要来源于Cr,实验证明,只有当Cr的含量大于12%时钢的耐蚀性才会 大幅度地提高,所以不锈钢中Cr的含量均不低于12%。 Ni可以扩大不锈钢的耐蚀范围,特别是提高抗碱腐蚀的能力 Mo能提高不锈钢抗氯离子腐蚀的能力,并提高钢的耐热强度。 Ti是为防止焊接用不锈钢发生晶间腐蚀而加入的元素。 复合钢板及其应用 有色金属和非金属 有色金属
● 普通碳素钢的 Q235 系列钢板和优质碳素钢均可用于制作压力容器 2、低合金钢 在优质碳素钢的基础上，加入一种或多种合金元素（合金元素总含量在 3%以下），以提 高钢的强度和改善综合性能。 低合金钢是目前制造压力容器的主要钢材，其强度、韧性、耐腐蚀性等均优于相同含碳 量的碳素钢，减轻装备的重量，可节省钢材 1/3—2/3。 GB150—1998《钢制压力容器》推荐适用的低合金钢板有：16MnR、15MnVR、15MnVNR、 18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR，其中 16MnR 是σs350Mpa 级的普通低合金高强度钢， 具有优良的力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性，是中国压力容器专用钢板中用 量最大的钢种。 3、高合金钢（合金元素总含量大于 10%） 主要有铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢等，如 0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti 等，主要用于耐 腐蚀和耐高温等特殊场合，如不锈钢、耐热钢等。 * 不锈钢中的主要元素是 Cr、Ni、Mo、Ti，其中 Cr、Ni 含量较高。 * 不锈钢的耐蚀性主要来源于 Cr，实验证明，只有当 Cr 的含量大于 12%时钢的耐蚀性才会 大幅度地提高，所以不锈钢中 Cr 的含量均不低于 12%。 Ni 可以扩大不锈钢的耐蚀范围，特别是提高抗碱腐蚀的能力。 Mo 能提高不锈钢抗氯离子腐蚀的能力，并提高钢的耐热强度。 Ti 是为防止焊接用不锈钢发生晶间腐蚀而加入的元素。 * 复合钢板及其应用 三、有色金属和非金属 1、有色金属 高级优质碳素钢（ ， ） 优质碳素钢（ ， ） 普通碳素钢（ ， ） 按钢的质量 0.030% 0.035% 0.040% 0.040% 0.055% 0.045% S P S P S P
纯铜 铜及其合金{黄铜(H)(Cu-Zn合金) 青铜(Q/锡青铜 无锡青铜 纯铝 有色金属(铝及其合金防锈铝(LF)(41-Mm、-M合金 硬铝(YL)(A-Cu-Mg合金) 「纯镍 镍及其合金{M-M合金 Mi-Cu合金 纯钛 钛及其合金{1-02Pd Ti-0.3Mo-0.8N *钛合金的焊接应在惰性气体的保护下或在真空中进行,以防止氢、氮、氧等进入焊缝,保 护焊缝的塑性。 铜及铜合金的特点: 纯铜:又称紫铜,具有较高的导电性、导热性和良好的塑性。 特点:低温下能保持较高的塑性和冲击韧性,是制造深冷设备的良好材料 耐蚀性:①在没有氧存在的情况下,在许多非氧化性酸中比较耐腐蚀 ②在氨和铵盐溶液中,当有氧存在时,由于生成可溶性的络离子,故不耐蚀。所 以在氨生产中使用的仪表、泵、阀门等均不能用铜制造 ③铜在大气、水、中性盐及苛性碱中均相当稳定,但在氯、溴、二氧化硫、硫化 氢等气体及潮湿大气中将会受到腐蚀 黄铜(铜-锌合金): 特点:具有较高的机械性能,价格较便宜,可用于制作深冷设备筒体、管板、法兰及螺母等。 青铜: (1)锡青铜(铜-锡合金) 特点:具有很高的耐蚀性和良好的抗磨性,多用于制造耐磨零件(如轴瓦、轴套、蜗轮等) 和与酸、碱等腐蚀性介质接触的零件。古代的青铜器即是用锡青铜制 (2)无锡青铜(铜中加入铅、铝等其它元素 特点:强度好、耐蚀性好,价格低廉,常用于制造在蒸气和海水工作条件下的零件及受摩擦
* 钛合金的焊接应在惰性气体的保护下或在真空中进行，以防止氢、氮、氧等进入焊缝，保 护焊缝的塑性。 铜及铜合金的特点： 纯铜：又称紫铜，具有较高的导电性、导热性和良好的塑性。 特点：低温下能保持较高的塑性和冲击韧性，是制造深冷设备的良好材料。 耐蚀性：① 在没有氧存在的情况下，在许多非氧化性酸中比较耐腐蚀。 ② 在氨和铵盐溶液中，当有氧存在时，由于生成可溶性的络离子，故不耐蚀。所 以在氨生产中使用的仪表、泵、阀门等均不能用铜制造。 ③ 铜在大气、水、中性盐及苛性碱中均相当稳定，但在氯、溴、二氧化硫、硫化 氢等气体及潮湿大气中将会受到腐蚀。 黄铜（铜-锌合金）： 特点：具有较高的机械性能，价格较便宜，可用于制作深冷设备筒体、管板、法兰及螺母等。 青铜： （1）锡青铜（铜-锡合金） 特点：具有很高的耐蚀性和良好的抗磨性，多用于制造耐磨零件（如轴瓦、轴套、蜗轮等） 和与酸、碱等腐蚀性介质接触的零件。古代的青铜器即是用锡青铜制造。 （2）无锡青铜（铜中加入铅、铝等其它元素： 特点：强度好、耐蚀性好，价格低廉，常用于制造在蒸气和海水工作条件下的零件及受摩擦 Ti Mo N Ti Pd Ni Cu Ni Mn YL Al Cu Mg LF Al Mn Al Mg Q H 0.3 0.8 0.2 Cu - Zn 纯钛 钛及其合金 合金 合金 纯镍 镍及其合金 硬铝（ ）（ 合金） 防锈铝（ ）（ 、 合金） 纯铝 铝及其合金 无锡青铜 锡青铜 青铜（ ） 黄铜（ ）（ 合金） 纯铜 铜及其合金 有色金属