承壓類特種設(shè)備職業(yè)培訓(xùn)講義壓力容器基礎(chǔ)知識一、壓力容器定義壓力容器的廣義概念凡承受流體介質(zhì)壓力的密閉殼體都可稱作壓力容器?！短胤N設(shè)備安全監(jiān)察條例》（2009版）對壓力容器的定義是指承裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa·L的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體的固定式容器和移動式容器。（《條例》把氣瓶和氧艙也列入容器范疇。）《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》所界定的壓力容器同時具備下列三個條件：①最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（不含液體靜壓力）。②內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）大于或等于0.15m，且容積大于或者等于0.025m3。③承裝介質(zhì)為氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體。作為特種設(shè)備安全管理，《條例》對壓力容器的定義是最權(quán)威的，《條例》界定范圍內(nèi)的壓力容器，其設(shè)計、制造、安裝、使用、檢驗、修理、改造和管理都必須接受安全監(jiān)察。二、壓力容器分類1、按材質(zhì)分類：分為鋼制壓力容器、鋁制焊接容器、鈦制焊接容器和非金屬容器等。2、按制造方法分類：分為板焊容器、鍛造容器、鑄造容器、包扎式容器、繞帶式容器等。3、按殼體承壓方式分類：分為內(nèi)壓容器、外壓容器。4、按壁厚分類：分為薄壁容器（容器外徑與內(nèi)徑之比小于或等于1.2）和厚壁容器（外徑與內(nèi)徑之比大于或等于1.2）。5、按壓力容器的設(shè)計壓力（p）分類：

a）低壓（代號L）0.1MPa≦p<1.6MPa；

b）中壓（代號M）1.6MPa≦p<10MPa；

c）高壓（代號H）10MPa≦p<100MPa；

d）超高壓（代號U）p≧100MPa。6、按壓力容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用分類：分為反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲存壓力容器。7、按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定分類：第一類壓力容器、第二類壓力容器、第三類壓力容器8、按設(shè)計溫度分類：設(shè)計溫度低于或等于－20℃為低溫容器。

－20℃～350℃為常溫容器；＞350℃為高溫。（有些資料把350℃作為中等溫度）9、按形狀分類：圓筒形、球形、錐形、橢圓形、方型等。10、按安放方式分類：立式容器、臥式容器。三、壓力容器主要技術(shù)參數(shù)及含義壓力容器主要技術(shù)參數(shù)包含：壓力、溫度、厚度、直徑等；進行壓力容器設(shè)計時，常用的參數(shù)：安全系數(shù)、焊接接頭系數(shù)、厚度附加量（厚度負偏差和腐蝕余量）壓力

1、工作壓力

2、設(shè)計壓力

3、計算壓力

4、試驗壓力

5、安全閥的整定壓力

6、爆破片的標(biāo)定爆破壓力一般情況下，按壓力值的大小順序排列應(yīng)為：

試驗壓力≥計算壓力≥設(shè)計壓力≥安全閥的整定壓力（爆破片的標(biāo)定爆破壓力）≥工作壓力溫度

1、金屬溫度

2、工作溫度

3、最高、最低溫度

4、設(shè)計溫度

5、試驗溫度厚度

1、最小厚度

2、計算厚度

3、厚度附加量包括鋼材厚度負偏差和腐蝕余量。容器受壓元件壁厚設(shè)計時，考慮鋼材厚度允許的負偏差和容器預(yù)期壽命內(nèi)環(huán)境和介質(zhì)的正常腐蝕情況，預(yù)先補加的厚度。厚度負偏差按相應(yīng)鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)厚度負偏差不大于0.25mm時，且不超過名義厚度的6%時，厚度負偏差可以忽略不計。

4、設(shè)計厚度

5、名義厚度

6、有效厚度

圓整值厚度腐蝕設(shè)計計算名義負差余量厚度厚度厚度

安全系數(shù)安全系數(shù)的含義：在理想狀態(tài)下，為了充分利用材料的性能（如強度），最好使構(gòu)件的實際應(yīng)力近似材料的強度指標(biāo)，但是實際是無法作到這一點。這是由于構(gòu)件的受力狀況難以精確計算、材料的非均勻性、載荷及環(huán)境的不穩(wěn)定性、計算方法的精準(zhǔn)性等各種因素影響，都會使材料的計算結(jié)果與實際狀態(tài)有一定的誤差，為此要求材料在工作時要有一定的強度儲備，即引入一個折扣系數(shù)----即安全系數(shù)。焊接接頭系數(shù)

焊接接頭是壓力容器的薄弱環(huán)節(jié)之一，因焊接接頭存在焊接殘余應(yīng)力、金相組織的不均勻、焊縫內(nèi)的不連續(xù)性缺陷存在，都直接影響焊接接頭的強度和性能的劣化，焊接接頭系數(shù)就是補償焊接連接部分的強度消弱。在GB150-1998標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)焊接接頭的形式及無損檢測的的長度比例，規(guī)定了相應(yīng)的焊接接頭系數(shù)。四、壓力容器的基本結(jié)構(gòu)壓力容器結(jié)構(gòu)概述

壓力容器一般是由筒體、封頭（端蓋）、法蘭、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等組成。壓力容器主要受壓元件：

筒體、封頭（端蓋）、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管、膨脹節(jié)、開孔補強圈、設(shè)備法蘭、球罐的球殼板、換熱器的管板和換熱管、M36以上的主螺栓及公稱直徑大于等于250mm的接管和管法蘭1、筒體筒體是壓力容器最主要也是最基本的組成部分，一般為圓柱形，也有方形。圓柱形筒體按其結(jié)構(gòu)可分為單層和多層。單層：單層卷焊（中、低容器）；整體鍛造、鍛焊（高壓）多層：多層包扎、多層熱套、繞板、繞帶等結(jié)構(gòu)為了便于壓力容器的各另部件的專業(yè)化制造和整體的準(zhǔn)確裝配，壓力容器的直徑（也就是筒體的直徑）規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)化系列

筒體的公稱直徑一般是指內(nèi)徑，當(dāng)用無縫鋼管做筒體時，鋼管外徑作為筒體公稱直徑。當(dāng)筒體較長時，筒體是由多個筒節(jié)組焊在一起形成筒體。

2、封頭

常見形式：半球形封頭、球冠形封頭、橢圓形封頭（標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)兩種）、碟形封頭、錐形封頭（有折邊、無折邊兩種）、平蓋。半球形封頭:由球體的一半做成。同樣的壓力下，球殼的應(yīng)力最小，壁厚最薄。但半球形封頭深度大，體積大，制造相對較困難。橢圓形封頭：剖面曲線為半個橢圓形加二個直邊。橢圓形部分為一個數(shù)學(xué)解析方程連續(xù)畫出的曲線，即曲率是連續(xù)的，則應(yīng)力也是連續(xù)的。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：橢圓形的長短軸之比為2:1，即橢圓形封頭內(nèi)直徑與內(nèi)高（不算直邊）之比為4:1。非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：橢圓形的長短軸之比不是2:1的。長短軸之比越大，受力越不好，壁厚越厚。反之，壁厚越薄。碟形封頭：由三個部分組成，球面部分、過渡小圓弧部分和直邊部分。曲面部分不是連續(xù)的數(shù)學(xué)模型曲線，應(yīng)力分布不均勻，在大小圓弧的交界處，有較大的邊緣應(yīng)力。

外觀上，與橢圓形封頭比較，較扁平。3、支座用來支撐容器重量和固定容器位置的。

立式容器支座：耳式支座(也稱懸掛式支座）、支撐式支座、腿式支座和裙式支座。臥式容器支座：鞍式支座、圈座、支撐式支座。耳式支座(懸掛式支座）：將二個筋板和一塊底板焊在墊板上，再（或不加墊板）焊接在立式容器側(cè)壁上。適用于中小容器。分A、B型，每型又有帶墊板和無墊板之分。

B型的底板地腳螺栓孔距容器壁較遠，適用于帶保溫結(jié)構(gòu)的容器。優(yōu)點：簡單、輕便。缺點：對器壁產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。支撐式支座：由二塊立板及一塊底板組成，根據(jù)容器材質(zhì)和與支座連接處的強度和剛度決定是否在立板和容器間加墊板。二塊立板或墊板應(yīng)制成與被支撐處相同的外形弧度。支撐在立式容器下封頭距地面或基礎(chǔ)較近處。支撐式支座分為A、B型，A型為鋼板焊制，B型為鋼管制作。優(yōu)缺點與耳式支座相同。腿式支座：將角鋼、槽鋼或鋼管直接焊在筒體或筒體的加強板上。腿式支座不適用于產(chǎn)生震動的容器。腿式支座分為A、AN、B、BN型，A型支柱為角鋼；B型支柱為鋼管，帶N型號為不帶墊板。優(yōu)點：簡單、輕便。缺點：不適用過高、過重、有側(cè)推載荷容器。裙式支座：有圓筒形和圓錐形二種。圓筒形較多用。適用于高大、重型立式容器。裙座與直立容器、塔器的底封頭直接焊接連接?？刹捎脤雍缚p和搭接焊縫。對接焊縫承受容器重力-----受壓；搭接焊縫承受剪切力。對接焊縫受力優(yōu)于搭接焊縫。

優(yōu)點：受力均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜（裙座筒體上開排氣孔、人孔、管道孔，底座為基礎(chǔ)環(huán)），制造復(fù)雜，用料較多。

鞍式支座：由底板、腹板、筋板、墊板組焊而成。由于鞍式支座是整體焊在容器壁上的，因此，鞍式支座的制作和安裝必須要考慮由于溫度的變化，容器軸向的伸縮移動。安裝時只允許一個支座為固定支座，（固定座設(shè)在接管較多的一側(cè)。采用3個鞍座時，宜選中間為固定座）其余為活動座。圈座：對于薄壁、大直徑或真空容器，為了增加筒體的剛度，可采用圈座。球形容器支座大體劃分為柱式支座和裙式支座。柱式支座:赤道正切柱式支承、V形柱式支承裙式支座：圓筒形、圓錐形、鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)支撐、半埋式支撐等。赤道正切柱式支承：由多根圓柱形支柱在球殼的赤道部位與球殼焊接連接。根據(jù)球形容器的大小確定支柱的根數(shù)，并等距離分布。為了保證立柱的穩(wěn)定性，在相鄰支柱間還加設(shè)連接拉桿。目前是最常見的結(jié)構(gòu)。4、法蘭法蘭是容器接管與外接管路連接、容器殼體各部件之間可拆連接結(jié)構(gòu)的最常見形式。

法蘭的作用：簡單的說就是起連接和密封作用。法蘭結(jié)構(gòu)：概括起來是由上下法蘭、密封墊片和連接螺栓三部分組成。法蘭的分類：

①按被連接的部件分為：壓力容器法蘭和管法蘭。

②按法蘭接觸面寬窄可分為窄面法蘭和寬面法蘭。

③按整體性程度分為整體法蘭、松式法蘭和任意式法蘭。④法蘭的密封面分為：平面、凹凸面和榫槽面。5、人孔與手孔人孔與手孔是為了制造和檢驗的需要而開設(shè)的檢查孔。對于這類檢查孔，在《容規(guī)》第45條、第46條、第47條對于是否開孔、開孔的大小及個數(shù)都做了相應(yīng)的規(guī)定。人孔和手孔種類種類很多（如回轉(zhuǎn)蓋人孔、垂直吊蓋、水平吊蓋人孔、內(nèi)置式人孔、手孔等），目前均有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。五、壓力容器的檢驗壓力容器的檢驗，從廣義的概念應(yīng)該是指針對壓力容器各個階段的檢驗，包括制造廠在制造階段由制造廠所進行的檢驗、在制造階段由第三方所進行的監(jiān)督檢驗、安裝過程的監(jiān)督檢驗、使用過程的定期檢驗以及型式試驗。下面我們重點針對檢驗機構(gòu)對壓力容器制造過程的監(jiān)督檢驗和使用過程的定期檢驗作簡要介紹。檢驗機構(gòu)對壓力容器的檢驗從檢驗性質(zhì)上可分為：監(jiān)督檢驗、定期檢驗、型式試驗。1、監(jiān)督檢驗：分為壓力容器產(chǎn)品制造安全性能監(jiān)督檢驗和壓力容器現(xiàn)場組焊安全性能監(jiān)督檢驗。①監(jiān)督檢驗依據(jù)：《條例》、總局22令《鍋爐壓力容器制造監(jiān)督管理辦法》、《鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗規(guī)則》②監(jiān)督檢驗?zāi)康模罕O(jiān)督壓力容器制造企業(yè)質(zhì)量管理和產(chǎn)品質(zhì)量，確保壓力容器安全性能③監(jiān)督檢驗性質(zhì)：監(jiān)檢是在制造企業(yè)產(chǎn)品自檢合格的基礎(chǔ)上，對壓力容器產(chǎn)品安全性能進行的監(jiān)督和驗證。監(jiān)檢不能代替受檢企業(yè)的自檢。④監(jiān)檢工作方式：監(jiān)檢工作應(yīng)當(dāng)在壓力容器制造現(xiàn)場，且在制造過程中進行。監(jiān)檢應(yīng)逐臺進行（簡單壓力容器除外）。⑤監(jiān)檢內(nèi)容：按照《鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗規(guī)則》及其附件（1）“監(jiān)檢大綱”、附件（2）“監(jiān)檢項目表”。⑥監(jiān)檢項目分類：監(jiān)檢項目分A、B兩大類。A類項目：監(jiān)檢員必須到場進行監(jiān)檢，并在受檢企業(yè)提供的相應(yīng)見證文件（檢驗報告、記錄表、卡等）上簽字確認。未經(jīng)監(jiān)檢確認，不得流轉(zhuǎn)至下一道工序。

A類項目：焊接工藝評定、耐壓試驗?？葾也可B的項目為：產(chǎn)品焊接試板制備。

B類項目：監(jiān)檢員可以到場進行監(jiān)檢，如不能到場監(jiān)檢，可在受檢企業(yè)自檢后，對受檢企業(yè)提供的相應(yīng)見證文件進行審查并簽字確認。2、定期檢驗：壓力容器的定期檢驗包括年度檢查、全面檢驗和耐壓試驗。（在《壓力容器定期檢驗規(guī)則》中，定期檢驗未包括年度檢查）①定期檢驗依據(jù)：《條例》、《容規(guī)》，定期檢驗的具體實施是按照TSGR7001-2004《壓力容器定期檢驗規(guī)則》執(zhí)行。②定期檢驗的目的：確保壓力容器安全運行，防止事故發(fā)生。③定期檢驗的周期：年度檢查：每年至少一次。是壓力容器運行過程中的在線檢查。全面檢驗：壓力容器停機時的檢驗.周期為⑴安全狀況等級為1、2級的，一般每6年一次⑵安全狀況等級為3級的，一般3～6年一次；⑶安全狀況等級為4級的，周期檢驗機構(gòu)確定。耐壓試驗：每二次全面檢驗期間內(nèi)，原則上應(yīng)當(dāng)進行一次耐壓試驗。（一）年度檢查：⑴年度檢查主要內(nèi)容：使用單位壓力容器安全管理情況檢查；壓力容器本體及運行狀況檢查；壓力容器安全附件檢查等。⑵年度檢查方法：以宏觀檢查為主，必要時進行測厚、壁溫檢查和腐蝕介質(zhì)含量測定、真空度測試等。⑶年度檢查中壓力容器本體及運行狀況檢查：（二）全面檢驗：⑴檢驗的具體項目：宏觀檢查（包括外觀、結(jié)構(gòu)、以及幾何尺寸）、保溫層隔熱層襯里、壁厚、表面缺陷、埋藏缺陷、材質(zhì)、緊固件、強度、安全附件、氣密性及其他必要的項目。

⑵全面檢驗的方法：以宏觀檢查、壁厚測定、表面無損檢測為主，必要時可以采用以下檢驗檢測方法：UT、RT、硬度測定、金相檢驗、化學(xué)分析或光譜分析、渦流檢測、強度校核或應(yīng)力測定、氣密性試驗、聲發(fā)射檢測。以及其他檢測、試驗方法。

⑶外觀檢查的內(nèi)容：

a.容器本體、對接焊縫、接管角焊縫等部位的裂紋、過熱、變形、泄漏等，焊縫表面（包括近縫區(qū)），以肉眼或5～10倍放大鏡檢查裂紋；

b、內(nèi)外表面的腐蝕和機械損傷；

c、緊固螺栓；

d、支撐或支座，大型容器基礎(chǔ)的下沉、傾斜、開裂；

e、排放（疏水、排污）裝置；

f、快開門式壓力容器的安全連鎖裝置；

g、多層包扎、熱套容器的泄放孔；上述檢查項目以發(fā)現(xiàn)容器在運行過程中產(chǎn)生的缺陷（活缺陷）為重點，對于無法進入內(nèi)部的容器應(yīng)當(dāng)采用內(nèi)窺鏡或其他方法檢查。⑷結(jié)構(gòu)檢查的內(nèi)容：

a、筒體與封頭的連接；

b、開孔及補強；

c、角接；

d、搭接；

e、布置不合理的焊縫；

f、封頭（端蓋）；

g、支座（支承）；

h、法蘭；

i、排污口。上述檢查項目僅在首次全面檢驗時進行，以后的檢驗僅對運行中可能發(fā)生變化的內(nèi)容進行復(fù)查。⑸幾何尺寸檢查的內(nèi)容：

a、縱環(huán)焊縫對口錯邊量、棱角度；b、焊縫余高、角焊縫的焊縫厚度和焊腳尺寸

c、同一斷面最大直徑與最小直徑差；

d、封頭表面凹凸量、直邊高度和直邊部位的縱向皺折；

e、不等厚板（鍛）件對接接頭未進行削簿或堆焊過渡的兩側(cè)厚度差；

f、直立容器和球形容器支柱的鉛錘度；上述檢查項目僅在首次全面檢驗時進行，以后的檢驗僅對運行中可能發(fā)生變化的內(nèi)容進行復(fù)查。⑹保溫層、隔熱層、襯里的檢驗⑺壁厚測定：測厚的一般要求：測點位置應(yīng)當(dāng)有代表性，有足夠的測定點數(shù)。測定后標(biāo)圖記錄，對異常測厚點做詳細標(biāo)記。如遇母材存在夾層缺陷，應(yīng)當(dāng)增加測點或用超聲波探傷儀檢測，查明夾層分布情況以及與母材表面的傾斜度，同時標(biāo)圖記錄。測厚點選擇的要求：

a、液位經(jīng)常波動的部位；

b、易受腐蝕、沖蝕的部位；

c、制造成型時壁厚減薄部位和使用中易產(chǎn)生變形及磨損的部位；

d、表面缺陷檢查時，發(fā)現(xiàn)的可疑部位；

e、接管部位；⑻表面無損檢測：

a、有以下情況之一的，對容器內(nèi)表面對接焊縫進行MT或PT，檢測長度不少于每條對接焊縫長度的20%：首次進行全面檢驗的第三類壓力容器；盛裝介質(zhì)有明顯應(yīng)力腐蝕傾向的壓力容器Cr-Mo鋼制壓力容器；標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限Rm≥540MPa壓力容器在檢測中發(fā)現(xiàn)裂紋，檢驗人員應(yīng)分析原因，確定是否還可能存在其他裂紋或其他缺陷，是否擴大檢測比例、范圍和增加方法。如果擴大檢測后，又發(fā)現(xiàn)裂紋，則應(yīng)擴大到全部焊縫。如果內(nèi)表面焊縫發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)在相應(yīng)外表面進行抽查。如果內(nèi)表面無法檢測，可以在外表面采用其他方法進行檢測（如UT)。

b、對應(yīng)力集中部位、變形部位、異種鋼焊接部位、奧氏體不銹鋼堆焊層、T形焊接接頭、其他有懷疑的焊接接頭、補焊區(qū)、工卡具焊跡、電弧損傷處和其他易產(chǎn)生裂紋部位應(yīng)當(dāng)重點檢查。對焊接裂紋敏感的材料，注意檢查可能產(chǎn)生焊趾裂紋。

c、有晶間腐蝕傾向的，可以采用金相檢驗

d、繞帶式壓力容器的鋼帶始末端焊接接頭，應(yīng)進行表面檢測，不得有裂紋。

e、鐵磁性材料表面檢測優(yōu)先選MT。

f、標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限Rm≥540MPa壓力容器，耐壓試驗后應(yīng)當(dāng)進行表面檢測抽查。⑼材質(zhì)檢測：

a、主要受壓元件材質(zhì)的種類和牌號一般應(yīng)當(dāng)查明。材質(zhì)不明的，對于無特殊要求的容器，按Q235鋼進行強度校核。對三類容器、移動式容器及特殊容器必須查明材質(zhì)。

b、對受壓元件材質(zhì)劣化的檢查，可以根據(jù)具體情況，采用硬度測定、化學(xué)分析、金相或光譜分析等，予以確定。（三）耐壓試驗每二次全面檢驗期間內(nèi)，原則上應(yīng)當(dāng)進行一次耐壓試驗。且耐壓試驗應(yīng)當(dāng)在全面檢驗合格后進行。也就是在第二次全面檢驗合格后，原則上應(yīng)當(dāng)進行一次耐壓試驗。（1）耐壓試驗壓力表選用：

a、至少采用兩個量程相同的且經(jīng)檢定合格的壓力表，壓力表裝在容器頂部。

b、壓力表精度：低壓容器不低于2.5級；

中、高壓容器不低于1.6級；

c、壓力表量程應(yīng)當(dāng)為試驗壓力的1.5~3.0倍，表盤直徑不小于100mm。

（2）耐壓試驗的試驗壓力計算公式：

PT=ηP[σ]/[σ]t(3)耐壓試驗的壓力系數(shù)η：對于固定式、鋼和有色金屬的、低壓、中壓高壓容器，液壓試驗：η=1.25

氣壓試驗：η=1.15（4）壓力容器液壓試驗合格條件：

a、無滲漏；

b、無可見的變形；

c、試驗過程中無異常的響聲；

d、標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限Rm≥540MPa鋼制壓力容器，試驗后經(jīng)過表面無損檢測未發(fā)現(xiàn)裂紋。金屬材料基本知識一、金屬材料的性能金屬材料的性能包括使用性能和加工工藝性能二個方面。

1、使用性能------金屬材料在使用條件下所表現(xiàn)的性能。包括物理、化學(xué)和力學(xué)性能。物理、化學(xué)性能------密度、熔點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性、抗氧化性、耐腐蝕性等。力學(xué)性能-------金屬在外力作用時表現(xiàn)出來的性能。它是反映金屬抵抗各種損傷作用能力的大小。是衡量金屬材料使用性能的重要指標(biāo)。2、加工工藝性能：材料承受各種冷熱加工的能力。如：切削性能（冷加工）、鑄造、焊接、熱處理性能（熱加工）。力學(xué)性能指標(biāo)包括：強度、塑性、韌性、硬度、斷裂力學(xué)等。力學(xué)性能各項指標(biāo)代號：

抗拉強度------Rm

(MPa)

屈服強度------ReL(下屈服強度MPa)、ReH(上屈服強度MPa)、RP0.2(非比例延伸強度)

伸長率------A(%)

斷面收縮率------Z(%)

沖擊韌性------沖擊功AKV(J)

二、金屬材料各項性能指標(biāo)的定義

1、強度指標(biāo)：金屬抵抗永久變形和斷裂的能力稱為材料的強度。①屈服強度----材料在拉伸過程中，當(dāng)載荷達到某一值時，載荷不變而式樣仍繼續(xù)伸長的現(xiàn)象，稱為屈服。屈服時所對應(yīng)的應(yīng)力，稱為屈服點、屈服強度或屈服極限。多數(shù)工程材料的屈服點不明顯或沒有屈服點，此時規(guī)定以產(chǎn)生0.2%的殘余伸長對應(yīng)的應(yīng)力作為屈服點。②抗拉強度----試樣拉伸時，在拉斷時所承受的最大載荷與原始截面之比，稱為抗拉強度或強度極限。③持久極限----是指材料在規(guī)定溫度下，達到規(guī)定時間而不斷裂的最大應(yīng)力。稱為持久極限或持久強度。GB150標(biāo)準(zhǔn)給出的持久極限為10萬小時各溫度下的持久極限。④蠕變極限------是指在規(guī)定溫度下，引起試樣在一定時間內(nèi)蠕變總伸長率或恒定蠕變速率不超過規(guī)定值的最大應(yīng)力。GB150標(biāo)準(zhǔn)給出的蠕變極限為在設(shè)計溫度下，經(jīng)10萬小時蠕變率為1%的蠕變極限。

2、塑性指標(biāo)：斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力稱為塑性。①延伸率----試樣在拉伸試驗時，試樣拉斷后，原始標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距之比的百分比。②斷面收縮率----試樣拉斷后，縮頸處試樣橫斷面積的最大縮減量與原始橫截面積的之比的百分比。③冷彎性能-----金屬材料在常溫下承受彎曲而不破裂的能力。用以考核材料彎曲變形的能力。也是焊接接頭常用的一種工藝性能

試驗方法，還可以使受拉面的存在的缺陷顯示出來。對焊接接頭分面彎、背彎和側(cè)彎。

冷彎性能一般用彎曲角度和彎芯直徑與材料厚度的比值來表示。

3、韌性指標(biāo)韌性---金屬在斷裂前吸收變形能量的能力。沖擊吸收功----試樣在沖擊試驗力一次作用下折斷時所吸收的功。AKV(J)

沖擊韌度----沖擊試樣缺口底部單位截面積上的沖擊吸收功。aK

(J/cm2)材料的韌性與加載速率、應(yīng)力狀態(tài)、溫度等有很大關(guān)系。

沖擊韌性的高低，決定于材料有無迅速塑性變形的能力。沖擊韌性高的材料，一般都有較高的塑性，但塑性指標(biāo)較高的材料卻不一定都有高的沖擊韌性。這是因為在靜負荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在沖擊載荷下不一定能迅速發(fā)生塑性變形。斷裂韌度-----斷裂韌度是反映材料抵抗裂紋臨界擴展的一種能力，是材料固有的力學(xué)性能參數(shù)。斷裂韌度常用指標(biāo)是臨界應(yīng)力強度因子KIC和裂紋張開位移COD。應(yīng)力強度因子KIC-----是在平面應(yīng)變條件下（即I型受力條件下），材料對裂紋擴展的抵抗能力。是一個綜合性的臨界指標(biāo)。與強度、塑性都有關(guān)。當(dāng)在平面應(yīng)變條件下應(yīng)力強度因子KI（裂紋尺寸或應(yīng)力增加）超過這個臨界值KIC時裂紋就會擴展，反之裂紋將會是穩(wěn)定的。裂紋張開位移COD----指裂紋體受載后，在原裂紋尖端延垂直裂紋方向所產(chǎn)生的位移。三、金屬材料分類（以鋼材為主）

1、按化學(xué)成份分類：⑴碳素鋼------簡稱碳鋼。以鐵和碳為主要元素，含有少量Si、Mn、P、S等雜質(zhì)。按含碳量不同分為：低碳鋼------含碳量＜0.25%

中碳鋼------含碳量0.25%～0.6%

高碳鋼------含碳量＞0.6%

按鋼的質(zhì)量（P、S含量）分類：普通碳素鋼，含S≤0.050%,含P≤0.045%;優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含S≤0.035%,含P≤0.035%

高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含S、P均≤0.030%；按冶煉時脫氧程度分：沸騰鋼（F)：脫氧不完全，鋼錠內(nèi)留有大量CO汽泡，組織不致密、成份偏析大，力學(xué)性能不均。故鍋爐、壓力容器承壓元件不得采用。鎮(zhèn)靜鋼(Z)：用錳鐵、硅鐵和鋁進行完全脫氧的鋼。半鎮(zhèn)靜鋼(b)：鋼的脫氧不完全，澆注時產(chǎn)生輕微沸騰。鋼的組織、性能介于兩者之間。按冶煉方法和設(shè)備分為：平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、真空爐煉鋼等。⑵合金鋼-----除碳鋼所含元素外，還含有其他一些合金元素：Cr、Ni、Mo、W、V、B等。按合金元素含量不同分類：低合金鋼：合金元素總含量＜5%

中合金鋼：合金元素總含量為5%～10%

高合金鋼：合金元素總含量＞10%按用途分類：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能合金鋼（耐酸、耐熱、磁鋼等）按鋼的組織分類：奧氏體鋼、鐵素體鋼、珠光體鋼、馬氏體鋼、雙相鋼等。按主要合金元素分類：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼、鉻鉬鋼等。

四、影響金屬材料性能的因素

1、化學(xué)成份對金屬材料性能的影響⑴含碳量增加，則強度、硬度提高，而塑性、韌性下降；⑵合金元素各有不同的作用：

Mn增加，可提高強度（但應(yīng)控制＜1.9%）,細化組織，提高韌性。是強化元素。

V、Ti、Nb等元素可以細化晶粒、提高韌性及材料致密性。

Mo提高鋼的熱強性，使鋼在高溫時保持足夠的強度、細化晶粒，防止鋼的過熱傾向。

Cr、Ni提高鋼的熱強性、高溫氧化性和耐腐蝕性。

P、S是有害元素，主要來自于礦石和生鐵,S與鐵形成硫化鐵為低熔點化合物。在熱加工過程中使鋼材延晶界開裂，即“熱脆”。而P使鋼材塑性和韌性大大降低，尤其在低溫時，韌性降低特別嚴(yán)重，成為“冷脆”。氧、氫、氮都為有害元素。

2、組織結(jié)構(gòu)的影響：奧氏體（A）：強度、硬度不高，塑性、韌性很好，無磁性。鐵素體（F）：強度、硬度低，塑性韌性好。滲碳體（Fe3C)：硬而脆，隨含碳量增加，強度、硬度提高，塑性、韌性下降。珠光體（P）：性能介于F與Fe3C之間。魏氏組織：粗大的過熱組織，塑性、韌性下降，使鋼變脆。帶狀組織：雙相共存的金屬材料在熱變形時沿主伸長方向呈帶狀或?qū)訝罘植嫉慕M織。

3、晶粒度的影響：常見1～8級。8級細小而均勻，綜合力學(xué)性能好。

4、供貨狀態(tài)：常見鋼材供貨狀態(tài)為：熱軋、調(diào)質(zhì)、正火，以正火狀態(tài)組織、性能為最好。五、金屬材料的熱處理

1、熱處理的定義------將固態(tài)金屬及合金按預(yù)定的要求進行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所要求性能的一種工藝過程。

2、壓力容器常用的熱處