压力容器与化工设备常用材料共116页
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压力容器用材料PPT课件
1148℃恒温下发生共晶转变的产物，平均碳含量4.3%。
压力容器用材料-钢的基础知识
六、铁碳合金状态图分析
目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的铁碳 合金部分（即Fe－Fe3C部分），因为含碳量大于6.69％的铁 碳合金在工业上无使用价值。下图为简化后的Fe－Fe3C状态 图。
压力容器用材料-钢的基础知识
12. 附录D 中列出了Q235 系列钢板的使用规定。
目前压力容器用材料的主要研究成果和技术进步
材料的高纯净度
材料的介质适用性 ➢超级不锈钢、双相钢、特种合金
材料的应用界限 ➢高温、低温、宽度、厚度应用范围
更高强度材料的应用 ➢σb ≥800MPa 高强材料 解决3万立方米天然气球罐、20万立方米原油储罐以及超钢的基础知识
五、铁碳合金的基本组织
1、铁素体（F或α） 铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立
方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室 温时为0.0008%，几乎为零。其强度和硬度很低，塑性、 韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒。 2、奥氏体（A或γ）
压力容器用材料-钢的基础知识
• 钢号（steel grade）： • 炉号（heat number）： • 批号（batch number）：
三、主要化学成分
碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）、硫（S）、磷（P）
四、钢材的分类
五种分类方法：详见下图
GB150中采用的压力容器用钢：碳素钢、低合金钢（低合金 高强钢、低温用钢、中温抗氢钢和低合金耐蚀钢）和高合金钢 （不锈钢和耐热钢）
9. 附录A 中增加了12Cr2Mo1VR、15MnNiNbDR、08Ni3DR 和 06Ni9DR 4 个钢号钢板的技术要求，以及09MnNiD 和 08Cr2AlMo 2 个钢号钢管的技术要求；
压力容器用材料-钢的基础知识
六、铁碳合金状态图分析
目前应用的铁碳合金状态图是含碳量为0～6.69%的铁碳 合金部分（即Fe－Fe3C部分），因为含碳量大于6.69％的铁 碳合金在工业上无使用价值。下图为简化后的Fe－Fe3C状态 图。
压力容器用材料-钢的基础知识
12. 附录D 中列出了Q235 系列钢板的使用规定。
目前压力容器用材料的主要研究成果和技术进步
材料的高纯净度
材料的介质适用性 ➢超级不锈钢、双相钢、特种合金
材料的应用界限 ➢高温、低温、宽度、厚度应用范围
更高强度材料的应用 ➢σb ≥800MPa 高强材料 解决3万立方米天然气球罐、20万立方米原油储罐以及超钢的基础知识
五、铁碳合金的基本组织
1、铁素体（F或α） 铁素体是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立
方晶格。碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室 温时为0.0008%，几乎为零。其强度和硬度很低，塑性、 韧性好。显微组织是明亮的多边形晶粒。 2、奥氏体（A或γ）
压力容器用材料-钢的基础知识
• 钢号（steel grade）： • 炉号（heat number）： • 批号（batch number）：
三、主要化学成分
碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）、硫（S）、磷（P）
四、钢材的分类
五种分类方法：详见下图
GB150中采用的压力容器用钢：碳素钢、低合金钢（低合金 高强钢、低温用钢、中温抗氢钢和低合金耐蚀钢）和高合金钢 （不锈钢和耐热钢）
9. 附录A 中增加了12Cr2Mo1VR、15MnNiNbDR、08Ni3DR 和 06Ni9DR 4 个钢号钢板的技术要求，以及09MnNiD 和 08Cr2AlMo 2 个钢号钢管的技术要求；
化工设备常用材料
16MnDR：可用于-40℃的钢种；液氨储罐等设备 15MnNiDR：提高了低温韧性；-40℃级低温球形容器 09MnNiDR：-70℃级低温压力容器用钢；用于制造液丙烯（-
47.7℃）、液硫化氢（-61℃ ）等设备
15CrMoR
低合金珠光体热强钢 中温抗氢钢板 用于制造壁温不超过560℃的压力容器
应用介绍
16MnR
屈服点为340MPa级的压力容器专用钢板 是我国压力容器行业使用量最大的钢板 具有良好的综合力学性能、制造工艺性能 主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器
16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR
低温压力容器用钢，工作在-20℃及更低温度的压力容 器专用钢板
采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节 约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、 安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。
压力容器常用低合金钢 钢板：16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR；07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR 钢管：16Mn、09MnD；（D表示低温用钢） 锻件：16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、 2.25Cr-1Mo。
（3）高合金钢
压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多是耐腐 蚀、耐高温钢；铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢
铬钢：0Cr13 是常用的铁素体不锈钢 有较高的强度、塑性、韧性和良好的切削加工性能 在室温的稀硝酸以及弱有机酸中有一定的耐腐蚀性 但不耐硫酸、盐酸、热磷酸等介质的腐蚀
铬镍钼钢：00Cr18Ni5Mo3Si2 是奥氏体-铁素体双相不锈钢 耐应力腐蚀、小孔腐蚀的性能良好，适用于制造介质 中含氯离子的设备。
二、钢材类型
按化学成分分类：碳素钢、低合金钢、高合金钢
47.7℃）、液硫化氢（-61℃ ）等设备
15CrMoR
低合金珠光体热强钢 中温抗氢钢板 用于制造壁温不超过560℃的压力容器
应用介绍
16MnR
屈服点为340MPa级的压力容器专用钢板 是我国压力容器行业使用量最大的钢板 具有良好的综合力学性能、制造工艺性能 主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器
16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR
低温压力容器用钢，工作在-20℃及更低温度的压力容 器专用钢板
采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节 约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、 安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。
压力容器常用低合金钢 钢板：16MnR、15CrMoR、16MnDR、15MnNiDR、 09MnNiDR；07MnCrMoNbR、07MnCrMoNbDR 钢管：16Mn、09MnD；（D表示低温用钢） 锻件：16Mn、20MnMo、16MnD、09MnNiD、 2.25Cr-1Mo。
（3）高合金钢
压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多是耐腐 蚀、耐高温钢；铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢
铬钢：0Cr13 是常用的铁素体不锈钢 有较高的强度、塑性、韧性和良好的切削加工性能 在室温的稀硝酸以及弱有机酸中有一定的耐腐蚀性 但不耐硫酸、盐酸、热磷酸等介质的腐蚀
铬镍钼钢：00Cr18Ni5Mo3Si2 是奥氏体-铁素体双相不锈钢 耐应力腐蚀、小孔腐蚀的性能良好，适用于制造介质 中含氯离子的设备。
二、钢材类型
按化学成分分类：碳素钢、低合金钢、高合金钢
压力容器的选材
1、铝的耐腐蚀性好； 2、铝的导热性能好； 3、铝不产生火花； 4、铝不污染物品和不改变物品颜色； 5、熔焊的铝材在0~-196℃之间韧性不下降；
铜
工业纯铜的牌号： T1 T2 铜 青铜
如：T2、T3、T4可用来做深度的冷冻设备和 换热器
非金属材料 非金属材料可分为：
F----沸腾 b----半镇静钢 Z----镇静钢（一般省略不标） TZ---特殊镇静钢
碳素结构钢
牌号
Q195 Q215 Q235 Q255 Q275
Q235A
屈服极限为235MPa A级质量 镇静钢（Z省略不标） Q235钢由于价格低廉，又具有良好的强度、 塑性、焊接性、切削加工性，在化工设 备制造中广泛应用。
疲劳断裂与静载荷下断裂不同，无论在 静载荷下显示脆性或塑性的材料，在疲劳断 裂时，事先都不产生明显的塑性变形，断裂 往往是突然发生的，因此具有很大的危险 性，常常造成严重事故；
反映材料抵抗疲劳能力的指标：
疲劳极限（ σD）
选钢材一般主要强调其钢材的 强度、塑性、韧性
三个性能指标
具体选用时重点考虑钢材的：
生产中常优先采用正火工艺
对一些力学性能要求不高的零件与设备，可 用正火作为最终热处理
什么是淬火？ 是将钢加热到适当温度，保温一 定时间后，快速冷却（水冷或油 冷）的热处理工艺
钢材淬火后的缺点： ① 钢硬而脆. ② 内部组织不稳定 ③ 有内应力
淬火后必须回火
分类--根据温度范围不同
回火
低温回火（150~250℃）
什么是退火？ 是将钢加热到适当温度，保温一定 时间，然后缓慢冷却（炉冷、坑冷） 的热处理工艺
什么是正火？ 是将钢加热到适当温度，保温一定 时间，然后出炉空冷的热处理工艺
铜
工业纯铜的牌号： T1 T2 铜 青铜
如：T2、T3、T4可用来做深度的冷冻设备和 换热器
非金属材料 非金属材料可分为：
F----沸腾 b----半镇静钢 Z----镇静钢（一般省略不标） TZ---特殊镇静钢
碳素结构钢
牌号
Q195 Q215 Q235 Q255 Q275
Q235A
屈服极限为235MPa A级质量 镇静钢（Z省略不标） Q235钢由于价格低廉，又具有良好的强度、 塑性、焊接性、切削加工性，在化工设 备制造中广泛应用。
疲劳断裂与静载荷下断裂不同，无论在 静载荷下显示脆性或塑性的材料，在疲劳断 裂时，事先都不产生明显的塑性变形，断裂 往往是突然发生的，因此具有很大的危险 性，常常造成严重事故；
反映材料抵抗疲劳能力的指标：
疲劳极限（ σD）
选钢材一般主要强调其钢材的 强度、塑性、韧性
三个性能指标
具体选用时重点考虑钢材的：
生产中常优先采用正火工艺
对一些力学性能要求不高的零件与设备，可 用正火作为最终热处理
什么是淬火？ 是将钢加热到适当温度，保温一 定时间后，快速冷却（水冷或油 冷）的热处理工艺
钢材淬火后的缺点： ① 钢硬而脆. ② 内部组织不稳定 ③ 有内应力
淬火后必须回火
分类--根据温度范围不同
回火
低温回火（150~250℃）
什么是退火？ 是将钢加热到适当温度，保温一定 时间，然后缓慢冷却（炉冷、坑冷） 的热处理工艺
什么是正火？ 是将钢加热到适当温度，保温一定 时间，然后出炉空冷的热处理工艺
压力容器与化工设备常用材料
酚类：
已从熏烟中鉴定出20多种酚类物质，其主要作用为抗 氧化作用、对产品的呈色呈味作用、抗菌防腐作用。
其中，抗氧化作用对烟熏制品最为重要，抗氧化作用 较强的主要是沸点较高的酚类，如2,5-二甲氧基酚，2， 5-二甲氧基-4-甲基酚等。
熏制品特有的风味主要与存在于气相的酚类有关，高 沸点酚类杀菌效果较强，主要对制品表面的细菌有抑制作 用。
钢的含碳量
旧牌号
新牌号
0.030 0.025 0.010
0.08 0.08 0.04~0.06
含碳量≤0.03%(超低碳不锈钢)
00Cr19Ni10
022Cr19Ni10
00Cr18Mo2
019Cr18Mo2
00Cr27Mo
008Cr27Mo
0.03%<含碳量≤0.1%（低碳级不锈钢）
0Cr18Ni9 （S30408）
N-正火 +N-正火轧制 M-热机械轧制
2. 低合金钢的分类
按含碳量的不同分为低合金结构钢与合金结构钢。 （1）低合金结构钢
含碳量不大于0.25％，有良好的焊接性能，可用于
强度用钢 ，中温钢和低温钢。
a.低合金高强度钢(普低钢)《GB/T 1591-2018》 典型牌号：Q345R 、 Q355、Q420 应用：大型工程结构（如大型桥梁，压力容器及船舶锅炉等）
程应用价值都很小。
钢的通常分类
1.按用途分类 2.按化学成分分类
3.按质量分类
6.3.1 碳素钢
一、碳钢的分类和牌号 1、按钢中碳含量
低碳钢 含碳量小于0.3％。强度较低，塑性较好。 适于制作焊制的化工容器和负荷不大的机械零件。
中碳钢 含碳量在0.3％－0.6％之间。强度和塑性适 中，适于制作轴、齿轮、高压设备顶盖等零件。
6第六章压力容器与化工设备常用材料
体心立方晶格
如：Fe(＜910℃,α-Fe)、 Cr、Mo、W、V等。
面心立方晶格
如：Fe(>910℃,γ-Fe)、 Al、Cu、Ni、Pb等。
密排六方晶格
如Be、Mg、 Zn、Cd等。
6
§6-2
铁碳合金
一、什么是铁碳合金（黑色金属）？
铁与碳组成的合金—铁碳合金 碳钢：含碳≤ 2.11％ 铸铁：含碳＞2.11％
莱氏体 Le′的性能：硬而脆。
⑵含碳＜ 4.3 ％的铸铁 — 亚共晶白口铁。 室温组织: Le′＋P＋Fe3C ⑶含碳＞ 4.3 ％的铸铁 — 过共晶白口铁。 室温组织: Le′＋Fe3C
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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727℃以下时变成不稳
定的过冷奥氏体。这种过冷奥氏体随过冷度的不同可以转
（ 1） 硫
有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985℃)化合物。钢材 热加工1150～1200℃，过早熔化而导致工件开裂，称 “热脆”。 高级优质钢：S＜0.02%～0.03%； 优质钢：S＜0.03%～0.045%； 普通钢：S＜0.055%～0.07%以下
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（2）磷
有害元素。虽能使钢的强度、硬度增高，但同时 塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，使 钢材显著变脆，称“冷脆”。
共析：在恒定温度下由一个有特定成分的固相 分解成另外两个与母相成分不同的相的转变称 为共析转变 。 含碳0.77%的 奥氏体冷S点〔（F：88 %）
+（Fe3C：12 %）〕—珠光体
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相图中重要的点和线
⑷共晶线 ECF，共晶点C （含碳4.3%）
共晶：在一定温度下，由一定成分的液相同时结
晶出成分一定的两个固相的过程称为共晶转变。
化工设备常用材料
结晶过程：液体中能量比较低的原子成为晶核，其它原子 通过碰撞造成晶体成长。最后结晶完成形成固体，以晶界 划定晶粒大小，晶界上有时会聚集叫多杂质，而影响金属 性能。 金属性能与晶格类型、晶粒大小等有关。 • • 结晶时，冷却速度越快，结核越多，结晶结束时的 晶粒越小。
结晶分类：通常称的结晶和重结晶。 9 同素异构转变：固体状态下的金属由于加热或冷却而引 起的晶格结构的转变。如 α－Fe 体心立方
钢的分类： • 按含碳量分：
低碳钢：C％≤0.3％ 中碳钢：0.3％～0.6％ 高碳钢：≥0.6％
碳钢特点：价格便宜，强度、韧性适中，加工性能好，可通 过热处理进一步改进性能，但抗腐蚀性能差，编号采用前苏 联的编制方式，限制了钢材的品种和质量。 铸铁特点 • • 含碳量比钢高，杂质比较多，塑性差，一般用于复杂零 件的铸造成型，如汽车发动机箱壳，泵体等。 分类： 9 灰口铸铁，碳以片状石墨存在，断口呈灰色，抗压强 度大，但拉伸强度和冲击韧性差，可用于铸造承受压 力，要求消振、耐磨的零件，如支架、本体、机座。 9 可锻铸铁，碳主要以团状存在，有一定的强度和较高 的塑性和韧性，可用于锻造零件。 9 球墨铸铁，碳以球状石墨存在，对基体削弱小，强度、 塑性和韧性比前两者都高，如汽车发动机曲轴。
§5.2 碳钢和铸铁 碳钢和铸铁是工程最广泛应用的金属材料，它们主要由碳和 ％铁这两种元素组成。含碳量0.02％~2％的称为钢，含碳量 大于2％的称为铸铁。 合金钢除了碳和铁以外，含有镍、铬等金属元素。 碳钢主要成分：Fe、C、Si、Mn、P、S ，与炼钢原料与过 程有关。 铁矿石、焦炭、造渣剂、氧气等。炼铁→炼钢→特种钢、 型材 Si、Mn、P、S是杂质。S：热脆，热加工时形成低沸点 的硫化物，造成构件开裂 ；P：冷脆，在低温时，使构 件塑性下降。 钢材性能与含碳量的关系
压力容器资料
压力容器资料压力容器是一种可用于各种制造、生产和工程领域的设备，其功能是在内部产生高压气体或液体，使其能够承受更大压力的装置。
但是，尽管这些容器在很多领域都是必需的，但是由于它们使用的材料和制造过程具有一定风险，因此有必要了解压力容器资料以保持制造质量和安全性。
一、压力容器使用的材料1、钢铁在制造压力容器中，最常见的材料是钢铁。
钢铁具有强度、韧性和耐腐蚀性能，因此在应对极端条件下的压力、温度、化学物质等方面有着不错的表现。
钢材的热机械加工特性很好，因此可以制造出各种形状的零件，可以注入酸和腐蚀剂的特殊涂层，还包含了相关的热处理，以提供不同的性能特征和增强材料性能。
2、铝铝和其他轻金属在制造特定类型的压力容器时也是相当受欢迎的。
这种材料可以减轻设备的整体重量，从而使容器更容易操作和维护。
铝材比较柔软，容易形变，但是具有高的拉伸强度和低的密度，可以为制造附加柔性和刚度的提供不错的基础。
3、聚酯在工业和生产领域中，聚酯是另一种流行的材料。
它的强度等同于钢，但是比铝轻得多，可以减少设备整体重量，因此更便于操作、安装和迎战建立的压力。
聚酯广泛用于高密度氢气、溶解的气体和化学品容器生产，这些化学品和气体需要高度稳定和卫生的存储方式。
在这些行业中，聚酯受欢迎的原因是由于它比其他材料更耐腐蚀性能好，与多数化学品相容性较好。
4、合金合金也是制造压力容器中常用的材料之一。
合金由多种金属组合而成，具有优异的抗腐蚀性和高特性韧性。
因此合金寿命比钢要长，也比铝更容易制造和处理。
合金中通常桥材液态化产生其特性，这使它可以承受高压和高温，以及相应的重压下的高温下的延展变形。
二、压力容器的制造过程制造压力容器的过程通常是基于一系列预制的图纸，从中可以了解人造船体、零件和清单的制造规格和要求。
制造过程涵盖了许多步骤，包括以下方面：1、参照图纸制造按照图纸制造每一个零件，设计师必须对给定的图纸进行精密测量，并确保所有零件彼此匹配，达到相关的标准和度量。
压力容器--化工设备材料课件
三、钢的热处理
钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却 方式，改变金相组织以满足所要求的 物理、化学与力学性能，称为热处理。
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。
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。
（4）硅
脱氧剂。有益的元素。
硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除 去。
硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加，塑 性、韧性降低。
镇静钢中的含硅量常在0.1%～0.37%，沸腾钢 中只含有0.03%～0.07%。
由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影 响不大。
（5）氧
有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、 铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。
• 材料的性能:力学性能、物理性能、化学性能和加工 性能。
• 力学性能:决定许用应力--强度、硬度、弹性、塑性、 韧性等。
• 物理性能：密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀 系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。
• 化学性能：耐腐蚀性--金属和合金对周围介质侵蚀的 抵抗能力；抗氧化性--高温氧化，降低表面硬度和抗 疲劳强度，选耐热材料。
（一）铁 铁在910oc以上是具有面心立方结构的γ－Fe(图 a); 铁在910oc以下是具有体心立方结构的α－Fe(图b)。
a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷却可变为a-Fe。 在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素异 构转变”。 铁的同属异构转变是构成铁碳合金一系列性能的依据。
• 加工工艺性能：可铸性－收缩与偏析；可锻性；焊 接性；可切削加工性。
第一节 金属的晶体结构