北京化工大学：《过程设备设计》课程教学资源（课件讲稿）第三章 压力容器材料以及环境和时间对其性能的影响 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响

3.3环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 33环境对压力容器用钢性能的影响 3.3.1温度 3.3.2介质 3.3.3加载速率

过程设备设计 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 3.3.1 温度 3.3.2 介质 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 2 3.3.3 加载速率

33环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 33环境对压力容器用钢性能的影响 教学重点： 温度对钢材性能的影响。 教学难点： 高温下钢材的性能和性能劣化

过程设备设计 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 教学重点： 温度对钢材性能的影响。 教学难点： 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 3 高温下钢材的性能和性能劣化

3.3环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 3.3.1温度 不同用途的压力容器的工作温度不同。 低温 钢材在 中温 下，性能不同 高温 高温下，钢材性能往往与作用时间有关 短期静载下温度对钢材力学性能的影响 介绍几种情 高温、长期静载下钢材力学性能 况的影响 高温下材料性能的劣化

过程设备设计 3.3.1 温度 不同用途的压力容器的工作温度不同。 钢材在 低温 中温 高温 下，性能不同 高温下，钢材性能往往与作用时间有关 ，钢材性能往往与作用时间有关 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 4 介绍几种情 况的影响 一、短期静载下温度对钢材力学性能的影响 短期静载下温度对钢材力学性能的影响 二、高温、长期静载下钢材力学性能 、长期静载下钢材力学性能 三、高温下材料性能的劣化 高温下材料性能的劣化

3.3环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 一、短期静载下温度对钢材力学性能的影响 216 100 177 1、高温下 137 80 温度较高时，仅仅根据常 温下材料抗拉强度和屈服 70 70 点来决定许用应力是不够 600 60 的，一般还应考虑设计温 500 度下材料的屈服点。 400 40 300 30 200 20 1D0 0 0 100200365400500 铜度/℃ 图33温度对低碳钢力学性能的影响

过程设备设计 一、短期静载下温度对钢材力学性能的影响 、短期静载下温度对钢材力学性能的影响 短期静载下温度对钢材力学性能的影响 短期静载下温度对钢材力学性能的影响 1、高温下 温度较高时，仅仅根据常 温下材料抗拉强度和屈服 点来决定许用应力是不够 的，一般还应考虑设计温 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 图3-3 温度对低碳钢力学性能的影响5 的，一般还应考虑设计温 度下材料的屈服点

3.3环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 3.3.1温度 2、低温下 随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高， 而韧性降低。当温度低于20℃时，钢材可采用20℃ 时的许用应力。 概念 韧脆性转变温度 (或脆性转变温度) 当温度低于某一界限时，钢的冲击吸收功大幅度地 下降，从韧性状态变为脆性状态。这一温度常被称 为韧脆性转变温度或脆性转变温度

过程设备设计 2、低温下 随着温度降低，碳素钢和低合金钢的 ，碳素钢和低合金钢的强度提高， 而韧性降低。当温度低于20℃时，钢材可采用20℃ 时的许用应力。 随着温度降低，碳素钢和低合金钢的 ，碳素钢和低合金钢的强度提高， 而韧性降低。当温度低于20℃时，钢材可采用20℃ 时的许用应力。 韧脆性转变温度——（或脆性转变温度） 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 概念 3.3.1 温度 6 韧脆性转变温度——（或脆性转变温度） 当温度低于某一界限时，钢的冲击吸收功大幅度地 ，钢的冲击吸收功大幅度地 下降，从韧性状态变为脆性状态 ，从韧性状态变为脆性状态。这一温度常被称 。这一温度常被称 为韧脆性转变温度或脆性转变温度。 当温度低于某一界限时，钢的冲击吸收功大幅度地 ，钢的冲击吸收功大幅度地 下降，从韧性状态变为脆性状态 ，从韧性状态变为脆性状态。这一温度常被称 。这一温度常被称 为韧脆性转变温度或脆性转变温度

3.3环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 3.3.1温度 韧脆转变温度范围 本圣终指据 温度 图3-4低碳钢冲击吸收功和温度的关系曲线

3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 3.3.1 温度 7 图3-4 低碳钢冲击吸收功和温度的关系曲线

3.3环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 3.3.1温度 低温变脆的金属： 具有体心立方晶格的金属 如碳素钢和低合金钢 低温仍有很高韧性的金属： 面心立方晶格材料如铜、铝和奥氏体不锈 钢，冲击吸收功随温度的变化很小，在很 低的温度下仍具有高的韧性

过程设备设计 低温变脆的金属： 具有体心立方晶格的金属 如碳素钢和低合金钢 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 3.3.1 温度 8 低温仍有很高韧性的金属： 面心立方晶格材料如铜、铝和奥氏体不锈 、铝和奥氏体不锈 钢，冲击吸收功随温度的变化很小 冲击吸收功随温度的变化很小，在很 低的温度下仍具有高的韧性。 面心立方晶格材料如铜、铝和奥氏体不锈 、铝和奥氏体不锈 钢，冲击吸收功随温度的变化很小 冲击吸收功随温度的变化很小，在很 低的温度下仍具有高的韧性

3.3环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 3.3.1温度 盛体结构 体心立方结构 面心立方结构 密排六方结构 清滑 移移 面方 及向 情移系 6×2=12 4×3=12 1×3=3 数目

3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 3.3.1 温度 9

3.3环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 二、高温、长期静载下钢材性能 蠕变现象： 在高温和恒定载荷的作用下，金属材料会产生 随时间而发展的塑性变形，这种现象被称为蠕 变现象。 >420℃ 碳素钢 定的应力作用 发生蠕变 低合金钢 >400-500C 蠕变的危害 蠕变的结果是使压力容器材料产生蠕变脆化、应 力松弛、蠕变变形和蠕变断裂。 因此，高温压力容器设计时应采取措施防止蠕变破 坏发生。 10

过程设备设计 二、高温、长期静载下钢材性能 、长期静载下钢材性能 、长期静载下钢材性能 长期静载下钢材性能 蠕变现象： 在高温和恒定载荷的作用下，金属材料会产生 ，金属材料会产生 随时间而发展的塑性变形，这种现象被称为蠕 ，这种现象被称为蠕 变现象。 碳素钢 >420℃ 一定的应力作用 发生蠕变 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 10 >400-500oC 低合金钢 一定的应力作用 发生蠕变 蠕变的结果是使压力容器材料产生蠕变脆化、应 力松弛、蠕变变形和蠕变断裂 、蠕变变形和蠕变断裂。 因此,高温压力容器设计时应采取措施防止蠕变破 坏发生。 蠕变的危害

3.3环境对压力容器用钢性能的影响 3.3.1温度 过程设备设计 1、蠕变曲线 定压力和 定温度下 T=常数 蠕变曲线三阶段 a=常数 一减速蠕变 雪 二恒速蠕变 b 三.加速蠕变 O第一阶段 第二阶段 第三阶段 n 十叫 温度 图3-5蠕变应变与时间的关系

过程设备设计 1、蠕变曲线 蠕变曲线三阶段 一.减速蠕变 二.恒速蠕变 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 3.3.1 温度 一定压力和 一定温度下 11 . 三.加速蠕变 图3-5 蠕变应变与时间的关系 温度