第二章高壓容器

1、工程上： 10 MPa P設(shè) 100 MPa 高壓容器 100 MPa以上 超高壓容器 一般屬于三類容器本章專門介紹其特殊的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法軍事工業(yè)：軍事工業(yè)：炮筒、核動(dòng)力裝置化學(xué)和石油化工：化學(xué)和石油化工：合成氨、合成甲醇、合成尿素、油類加氫等合成反應(yīng)的高壓反器、高壓緩沖與貯存容器。電力工業(yè)：電力工業(yè)：核反應(yīng)堆，水壓機(jī)的蓄力器發(fā)展現(xiàn)狀：發(fā)展現(xiàn)狀：直徑4.5米，壁厚280毫米，重約1000噸, 壓力2000MPa高壓容器設(shè)計(jì)與制造技術(shù)發(fā)展的核心問(wèn)題： 既要隨著生產(chǎn)的發(fā)展能制造出大壁厚的容器 又要設(shè)法盡量減小壁厚以方便制造。高壓容器特點(diǎn)： 1 結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)(長(zhǎng)徑比可達(dá)28) 2 采用平蓋或球形封頭 3

2、 密封結(jié)構(gòu)特殊多樣(多種自緊式密封) 4 高壓筒身限制開(kāi)孔筒體與封頭的特殊要求：1) 強(qiáng)度與韌性 為了提高材料強(qiáng)度以減少壁厚，一般采用 低合金鋼，如16MnR、15MnVR和18MnMoNBR。 同時(shí)為了保證韌性，加入少量（2%）Ni和Cr， 并控制P和S含量0.004%筒體與封頭的特殊要求：筒體與封頭的特殊要求：2) 制造工藝性能l具有良好的焊接性能包括可焊性、吸氣性、抗熱裂與冷裂傾向、抗晶粒粗大傾向等、l具有良好的可鍛性筒體與封頭的特殊要求： 3) 其他要求l耐腐蝕性l原材料檢驗(yàn)要求較高l耐高溫性能：高溫下有較高強(qiáng)度，抗珠光體球化與石墨化能力較強(qiáng)（一）整體鍛造式：直徑300800mm，長(zhǎng)度

3、15是很困難的，強(qiáng)度愈高對(duì)5的要求愈不能過(guò)高。l從使用安全角度仍應(yīng)對(duì)5提出要求，但目前尚無(wú)統(tǒng)一的最低要求，l一般國(guó)內(nèi)外鍛造的單層超高壓容器要求 ；5為10一15。l事實(shí)上b在2000MPa左右的鋼能保證的5 還不到10。 二、超高壓容器的材料(三) 韌性要求l鋼材的韌性是保證超高壓容器安全性的極重要的性能，絕不低于對(duì)強(qiáng)度與塑性的要求。l尤其是超高強(qiáng)度鋼對(duì)微缺陷非常敏感，特別是應(yīng)力集中區(qū)再存在微缺陷(如裂紋，或由夾雜物在交變應(yīng)力下引發(fā)的微裂紋)特別容易導(dǎo)致低應(yīng)力脆斷。l超高壓容器用鋼往往從兩個(gè)方面提出韌性要求，一是沖擊韌性，另一是斷裂韌性。l沖擊韌性應(yīng)采用V形缺口夏比沖擊試驗(yàn)來(lái)獲得，用沖擊吸收功

4、值A(chǔ)KV來(lái)衡量材料的沖擊韌性。 l斷裂韌性在ASME3中是作為附加要求提出的。在設(shè)計(jì)時(shí)就對(duì)鋼材提出這一要求，意在考慮萬(wàn)一有宏觀裂紋性缺陷存在而又要保證結(jié)構(gòu)的完整性，即不發(fā)生低應(yīng)力脆斷，則必須保證材料有足夠的斷裂韌性。二、超高壓容器的材料(四) 對(duì)鋼的化學(xué)成分及冶煉的要求l超高壓容器用鋼冶煉時(shí)除按規(guī)定的強(qiáng)化與韌化合金元素成分要求進(jìn)行嚴(yán)格控制以外，最重要的應(yīng)是對(duì)鋼中有害雜質(zhì)元素(特別是磷硫)、有害微量元素(砷、錫、銻、鉛、鉍等)和含氣(氧、氫、氮)量的控制。l這對(duì)于提高鋼的韌性、橫向性能以及防止疲勞破壞的性能有顯著影響。l磷與硫的存在會(huì)在鋼中形成多種夾雜物，這些微缺陷愈多愈大，鋼的沖擊韌性和斷裂韌

5、性值將愈低，而且鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度會(huì)提高，橫向性能也比縱向性能更低。l在交變載荷作用下夾雜物將是鋼材內(nèi)部引發(fā)疲勞裂紋的重要發(fā)源地，夾雜物愈小愈少，則誘發(fā)疲勞裂紋的機(jī)會(huì)愈少，疲勞壽命愈長(zhǎng)。 二、超高壓容器的材料(五) 超高壓容器鋼的熱處理l特高或超高強(qiáng)度鋼應(yīng)充分體現(xiàn)強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又要顧及鋼的塑性與韌性，尤其是韌性。l都要進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，以得到優(yōu)良的綜合性能。調(diào)質(zhì)時(shí)首先進(jìn)行淬火，可以得到足夠的馬氏體，強(qiáng)度顯著升高，但塑性與韌性差，并存在很大內(nèi)應(yīng)力，必須再進(jìn)行回火處理。l不同的回火溫度可以得到不同的效果。200多度()的低溫回火仍可保持較高的強(qiáng)度，塑性與韌性的變化也不大。500600C的高溫回火雖

6、可提高塑性與韌性，但強(qiáng)度損失過(guò)于明顯。中溫回火介于其中。因此回火溫度的確定十分關(guān)鍵。l中低合金含量的超高強(qiáng)度鋼一般多采用低溫回火，可以得到較高的強(qiáng)度，而韌性與塑性也可以得到較為滿意的保證。 二、超高壓容器的材料(五) 超高壓容器鋼的熱處理 對(duì)于中低合金的超高強(qiáng)度鋼，近年來(lái)也有采用一些新的熱處理工藝以發(fā)揮強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)和提高韌性與塑性。例如：l控制熱處理的氣氛和真空熱處理；l形變熱處理，即淬火后使鋼材發(fā)生低溫塑性變形再?gòu)?qiáng)化，然后再回火，抗拉強(qiáng)度可提高3一10，而韌性與塑性提高更多；l超高溫淬火，例如AISl4340鋼的淬火溫度從870C提高到1200C，得到板條狀的低碳馬氏體，再作200oC的低溫回火，斷裂韌性值可提高1倍，屈服強(qiáng)度也明顯提高。l超細(xì)晶粒淬火，通過(guò)多次加熱冷卻循環(huán)相變快速淬火，發(fā)生多次鐵素體一奧氏體+鐵素體相變循環(huán)，形核率大大增加，最后得到極細(xì)微的晶粒組織，使強(qiáng)度與韌性都大大提高。 二、超高壓容器的材料(五) 超高壓容器鋼的熱處理 調(diào)質(zhì)中淬火的尺寸效應(yīng)必須