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鋼鐵問答

問題:影響低溫容器用鋼板低溫韌性的因素都有那些

問答類別:鋼鐵問答    問答時間:2020-12-15    瀏覽: 聯系人:安琪  手機:15617673203  QQ:1521556157

詳細問題:低溫壓力容器的設計重點是選材,并相應地在制造、結構上加以某些限制。 低溫壓力容器受壓元件所采用的鋼材必須是鎮靜鋼。材料的許用應力取常溫20℃的數值,強度計算方法按GB 150.3 的規定。 (1)晶體結構的影響 試驗表明,具有體心立方總陣(bcc)結構的鐵素…
問題答案:

低溫壓力容器的設計重點是選材,并相應地在制造、結構上加以某些限制。

        低溫壓力容器受壓元件所采用的鋼材必須是鎮靜鋼。材料的許用應力取常溫20℃的數值,強度計算方法按GB 150.3 的規定。

  (1)晶體結構的影響

        試驗表明,具有體心立方總陣(bcc)結構的鐵素體鋼的脆性轉變溫度較高,脆性斷裂傾向較大,密排六方結構(hcp)次之,面心立方結構(fcc) 的金屬如銅、鋁、鎳和奧氏體類鋼則基本上沒有這種溫度效應,即沒有低應力脆斷。

        事實上除非存在第二相或處于導致產生應力腐蝕開裂的環境下,面心立方金屬一般不發生脆性斷裂,其主要原因是當溫度降低時,面心立方金屬的屈服強度沒有顯著變化,而且不易產生形變孿晶,位錯容易運動,局部應力易于松弛,裂紋不易傳播,一般沒有脆性轉變溫度。

        但是體心立方金屬則不同,在中溫區域,其強度(特別是屈服強度)受雜質、載荷速度和合金元素的影響非常明顯,而在0.2T0(T0為金屬的熔點,單位為K) 以下的低溫區域內隨溫度的降低,其屈服強度增加很快,最后幾乎與抗拉強度相等,尤其是在低溫下容易產生形變孿晶,故易引起低應力脆性斷裂。

       (2) 化學成分的影響

        對低溫壓力容器用鋼而言, 增加含碳量,將增大材料的脆性,使脆性轉變溫度急劇上升,所以低溫用鋼的含碳量不超過0.2 % ,近年來國外有一種發展和應用低碳( < 0.15 %)或微碳(<0 . 06%) 鋼的明顯趨勢。

        錳元素是擴大奧氏體區的元素,含錳量增加能使鋼材得到細致而富有韌性的鐵素體和珠光體晶粒,因而可改善鋼材在低溫下的韌性。含碳量一定時,提高錳比值可以得到較低的無延性轉變溫度,降低碳含量,提高錳碳比,其無延性轉變溫度降低,鋼板的允許使用溫度降低。

        鎳也是提高鋼材低溫韌性的重要元素,甚至更優于錳,當含鎳3. 5% 時,可以使鋼在-100℃仍保持很高的韌性,而含鎳9 % 的鋼可用作液氮容器,耐-196℃的低溫。

        在錳的鐵素體類低溫用鋼材中,添加少量V 、Ti 、Nb 、Al 等含金元素,通過軋制或隨后的熱處理,使碳化物、氮化物彌散析出進行沉淀強化,從而獲得較高的強度和良好的低溫韌性。

        (3) 晶粒度的影響

        晶粒尺寸是影響鋼的低應力脆斷的重要因素,細晶粒不僅使金屬有較高的斷裂強度,而且使脆性轉變溫度降低,這是由于晶界存在雜質和脆性相,往往是裂紋源。

        晶粒細化,一方面使單位面積上脆性相相對減少,表面能提高,裂紋形核和擴展的概率降低,從而提高了鋼的低溫抵抗脆斷能力,另一方面細晶粒鋼性能比較均勻,降低了脆性轉變溫度。

        (4)夾雜物的影響

        磷易產生晶界偏析,鋼中的氧以各種氧化物的形式在晶界析出,兩者都極大地提高了鋼的脆性轉變溫度,導致低應力脆斷,因此低溫用鋼必須充分脫氧。例如鎮靜鋼的低溫韌性優于沸騰鋼;若用Si + AI 、AI + Ti (V 、Nb) 綜合脫氧,可進一步細化晶粒,其低溫韌性更好。

        充分脫氧不僅能有效地降低氧、硫、磷及其他氣體含量,而且還使夾雜物球化,減少位錯的塞積,從而降低鋼的脆性轉變溫度。

        試驗表明,極純金屬的低溫脆性與晶粒類型無關。例如不含碳、氮、氧、硼的純鐵,即使在4K 的低溫也是可塑的。而雜質(特別是晶界脆性相)對低應力脆斷影響很大,如25 %Cr 的Fe- Cr 合金中微量的碳、氧、氮是促進低應力脆斷的重要原因。

        (5) 熱處理和扭微組織的影響

        熱處理對鋼的低應力脆斷有很大影響。調質處理是獲得鐵素體和粒狀碳化物組織的常用方法,可以明顯改善鋼材的低溫韌性。但隨著調質處理回火溫度的上升,粒狀碳化物的聚集反而影響低溫韌性,所以應嚴格控制調質處理時的回火溫度不致過高。

        正火是低溫用鋼采用最多的熱處理方法。鋼材中合金元素增多,則正火溫度應相應提高。而鋼的退火組織比正火組織粗大,其低溫韌性遠比經正火或調質處理的差,所以,低溫壓力容器用鋼都不進行退火處理。需進行焊后熱處理的低溫壓力容器及其受壓元件,在任何情況下,焊后熱處理的溫度都不應超過鋼材的回火溫度。

        熱處理還有抑制脆性相從晶界析出,改變析出相的形態、大小、數量、分布,均勻組織,改善鋼的強度和低溫韌性的作用。在回火組織(回火馬氏體)中有一定量的殘余奧氏體或鐵素體,可有效地阻止裂紋擴展。淬火時效和應變時效,都使鋼的脆性轉變溫度升高,增大低應力脆斷的敏感性,因此對時效敏感的沸騰鋼不宜作低溫用鋼。

        (6) 冷變形的影響

        冷變形使鋼的韌性降低,應變時效更使低溫韌性惡化,脆性轉變溫度升高,所以對于大型高壓容器,在使用時必須重視缺口韌性。因為在制作過程中, 冷變、冷壓、焊接變形等,都會導致脆化,故冷變形及焊接后應進行低溫退火。

        (7)應力狀態的影響

        低應力脆斷與應力狀態關系很大。當容器存在裂紋或缺口時, 容易產生低應力脆斷。缺口愈尖銳. 預裂紋尺寸愈大,愈容易引起低應力脆斷。當焊接接頭中有裂紋存在,又具有殘余應力時,低應力脆斷更為明顯。


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內容關鍵詞: 低溫容器用鋼板   鋼板韌性   鋼板元素含量  
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