压力容器影响材料低温脆性的因素

原创 胡伟明  2021-04-17 20:56:00  阅读 41 次 评论 0 条
摘要:

晶体结构的影响体心立方金属及其合金存在低温脆性,面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性。化学成分的影响钢的纯净度是影响韧性的关键因素,微量的磷、硫、砷、锡、铅、锑等元素及氮、氧、氢等气体的存在,对钢的韧性起有害作用。碳对低温韧性影响明显,随含碳量增加,钢的韧脆转变温度急剧上升。因此,低温钢的含碳量(质量分数)多限制在0.2%以下。锰是扩大奥氏体区的元素,在钢中加入锰元素可明显改善脆性。降低碳含量,提高锰碳比(Mn/C),钢材的韧脆转变温度降低。镍提高钢材低温韧性的作用优于锰。钢中含镍量(质量分数

晶体结构的影响

体心立方金属及其合金存在低温脆性,面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性。

化学成分的影响

钢的纯净度是影响韧性的关键因素,微量的磷、硫、砷、锡、铅、锑等元素及氮、氧、氢等气体的存在,对钢的韧性起有害作用。

碳对低温韧性影响明显,随含碳量增加,钢的韧脆转变温度急剧上升。因此,低温钢的含碳量(质量分数)多限制在0.2%以下。

锰是扩大奥氏体区的元素,在钢中加入锰元素可明显改善脆性。降低碳含量,提高锰碳比(Mn/C),钢材的韧脆转变温度降低。

镍提高钢材低温韧性的作用优于锰。钢中含镍量(质量分数)每增加1%,韧脆转变温度约降低10%。含镍3.5%的钢在-100℃仍保持良好的韧性,含镍9%的钢可以耐-196℃低温。

显微组织的影响

①晶粒大小。细化晶粒可使材料韧性增加。韧脆转变温度与铁素体晶粒直径d^0.5呈线性关系,晶粒直径d^0.5越小,韧脆转变温度越低。这是因为晶界存在杂质和脆性相,往往成为裂纹源。细化晶粒,一方面使单位面积上的脆性相相对减少,表面能提高,裂纹形核和扩展的概率就降低,从而提高了钢的抗低温脆断能力;另一方面细晶粒钢性能比较均匀,降低了韧脆转变温度。

②热处理和金相组织。在较低强度水平,强度相同而组织不同的钢,其冲击吸收功和韧脆转变温度以调质组织最佳,正火次之,热轧、退火状态最差。此外,球化处理能改善钢的韧性。

钢的退火组织比正火组织粗大,其低温韧性远不如经正火或调质组织,所以,低温压力容器用钢都不进行退火处理。需做焊后热处理的低温压力容器及其受压元件,在任何情况下,焊后热处理温度都不应超过钢材的回火温度。

淬火时效和应变时效都使钢的韧脆转变温度升高,因此对时效敏感的沸腾钢不宜做低温用钢。

加工硬化的影响

加工硬化降低了钢材的韧性,同时使韧脆转变温度提高,这种影响随钢材类型不同及加工硬化量的大小而变化。冷压封头的韧脆转变温度高于热压封头,且冲击韧性数值也有所减小。容器制作过程中的冷弯、冷压、焊接变形等都会导致脆化,故受压元件达到一定条件的冷变形及焊接后应进行热处理。

应力状态的影响

当容器存在裂纹或缺口时,容易产生低应力脆断;缺口越尖锐,预制裂纹尺寸越大,越容易引起低应力脆断。当焊接接头中有裂纹存在,又具有残余应力时,低应力脆断更为明显。

加载速率的影响

提高加载速率如同降低温度,使材料脆性增大,韧脆转变温度提高。加载速率对钢脆性的影响与钢的强度水平有关。一般,中、低强度钢的韧脆转变温对加载速率比较敏感,而高强度钢和超高强度钢的韧脆转变温度则对加载速率的敏感性较小。

试样形状和尺寸的影响

缺口曲率半径越小,Tk越高,因此,V形缺口试样的Tk高于U形试样的Tk。当不改变缺口尺寸而只增加试样宽度(或厚度)时,Tk升高。


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