壓力容器選材淺析范文

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摘要：

材料是人類文明的基礎(chǔ)，材料的多樣化發(fā)展更是社會經(jīng)濟(jì)高效發(fā)展的動力。壓力容器的合理選材關(guān)乎安全、經(jīng)濟(jì)等諸多因素，通過對壓力容器鋼制選材與復(fù)合材料的優(yōu)劣對比，指出了復(fù)合材料更大的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：

材料；壓力容器；復(fù)合材料

一、材料分類及發(fā)展

材料是人類生存和生活的重要組成部分，是人類文明發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是推動社會發(fā)展的動力。材料發(fā)展的歷史從生產(chǎn)力的側(cè)面反映了人類社會發(fā)展的文明史[1]。歷史上有石器時代、銅器時代、鐵器時代，即人類往往用某種材料命名一個時代，由此可見材料對人類文明與進(jìn)步的重要性[2]。材料是指經(jīng)過某種加工，具有一定結(jié)構(gòu)、組分和性能，并可應(yīng)用于一定用途的物質(zhì)[1]。廣義的材料包括對人類有用的各種物質(zhì)，而材料科學(xué)所探討的材料一般是指固體材料。目前各國注冊的各種材料已有幾十萬種，而且還在不斷增加中[1]。現(xiàn)在的材料種類繁多：按材料本身的性質(zhì)，有金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料、液晶材料等。金屬材料又分為黑色金屬材料和有色金屬材料[3]。按作用分，有結(jié)構(gòu)材料和功能材料[3]。結(jié)構(gòu)材料主要是利用材料的力學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運輸和能源等各個工業(yè)部門。功能材料則利用材料的熱、光、電、磁等性能，用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。功能材料的最新發(fā)展是智能材料，具有環(huán)境判斷功能、自我修復(fù)功能和時間軸功能，人們稱智能材料是21世紀(jì)的材料[1]。我國于20世紀(jì)80年代末開始進(jìn)行研究的納米材料，在電子、光學(xué)、傳感、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中都有著廣闊的應(yīng)用前景[4]。

二、壓力容器用材的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將以生物技術(shù)、信息技術(shù)和新材料的發(fā)展為三大支柱，其中新材料的發(fā)展是當(dāng)代高新技術(shù)的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代工業(yè)的基石。我國的機(jī)械制造業(yè)在工業(yè)化進(jìn)程中有著舉足輕重的作用，是創(chuàng)造人類財富的支柱產(chǎn)業(yè)。機(jī)械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用作為機(jī)械行業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有非常重要的作用，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了重要的貢求，材料的需求與時代密切相關(guān)，鋼制壓力容器的材料選擇是壓力容器設(shè)計過程中的重要部分。如果壓力容器在設(shè)計和制造過程中材料選擇不當(dāng)，則為壓力容器的安全性能帶來隱患[5]。如大型浮頂油罐，對油罐使用的材料要求很高，合理選材是防止油罐脆性斷裂的必要條件[6]。以往壓力容器材料多為金屬板材，容器內(nèi)襯采用耐腐蝕的合金鋼材料，外層進(jìn)行金屬層板包扎以提高機(jī)械強(qiáng)度，但金屬材料密度大造價高，尤其是在腐蝕嚴(yán)重的場合選用合金鋼材料，給工業(yè)生產(chǎn)帶來許多不便[7]。

（1）壓力容器用低合金鋼，雖然機(jī)械性能指標(biāo)優(yōu)于碳素鋼，但其可焊性、冷加工性能卻不如碳素鋼好

(2)鎮(zhèn)靜鋼在許多方面的性能都優(yōu)于沸騰鋼，但是當(dāng)用于制造搪玻璃容器時，沸騰鋼的搪瓷效果反而比鎮(zhèn)靜鋼好[8]。

（3）奧氏體不銹鋼耐通常介質(zhì)腐蝕效果優(yōu)于碳鋼及低合金鋼，但其耐含cl-介質(zhì)腐蝕性能不如碳素鋼和低合金鋼[9]。

(4)超低碳不銹鋼的價格和耐腐蝕性能雖然優(yōu)于普通不銹鋼但其，高溫?zé)釓?qiáng)性卻不如普通不銹鋼，碳在奧氏體不銹鋼中具有兩重性。

從耐腐蝕性來說，需要降低含碳量；而從耐高溫性能來說則需要適當(dāng)提高含碳量[8]。如奧氏體不銹鋼、鎳基合金、鋁合金和9Ni鋼，對于奧氏體不銹鋼和鎳基合金，9Ni鋼具有合金含量少、經(jīng)濟(jì)性高的優(yōu)點。相對于鋁合金，9Ni鋼有強(qiáng)度高，熱膨脹率小的優(yōu)點[6]。由此可見材料的設(shè)計創(chuàng)新還具有更大的發(fā)展空間。20世紀(jì)40年代，復(fù)合材料得到迅速發(fā)展。顆粒、纖維或薄膜材料往往不能單獨使用，常常與金屬或非金屬基體材料結(jié)合在一起使用，這種材料稱為復(fù)合材料[10]。復(fù)合材料壓力容器具有以下優(yōu)點：

(1)制成的容器重量比較輕、剛性好、強(qiáng)度高；

(2)金屬材料的疲勞破壞常常是沒有任何明顯預(yù)兆的突發(fā)性破壞。而復(fù)合材料中增強(qiáng)物與基體的結(jié)合面，不僅能有效地傳遞載荷，還能阻止裂紋的擴(kuò)展，提高材料的斷裂韌性；

(3)復(fù)合材料中的有大量增強(qiáng)纖維，當(dāng)材料過載而少數(shù)纖維斷裂時，載荷會迅速重新分配到未破壞的纖維上，這樣整個構(gòu)件在短期內(nèi)不至于失去承載能力；

(4)無需特殊處理即能滿足耐腐蝕要求[11]。但是復(fù)合材料壓力容器的發(fā)展仍處于初步階段，還沒有成套的理論分析，對復(fù)合材料壓力容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化尚不能做明確分析，隨著科技的發(fā)展，復(fù)合材料壓力容器仍具有很大的研發(fā)價值空間[7]。

參考文獻(xiàn)：

[1]連紅芳.材料的發(fā)展[J].威海職業(yè)學(xué)院生物與化學(xué)工程系，2007(8):377-379.

[3]材料的分類.2001.

[4]陳改榮.納米材料的特性及發(fā)展[J].平原大學(xué)學(xué)報，2000，17(4):41-43.

[5]趙宏偉，張金博.壓力容器承壓設(shè)備用鋼韌性探析[J].煤炭與化工，2016，39(4):154-155.

[6]王穎，唐興華.油罐大型化及選材問題[J].油氣田地面工程，2008，27(3):11-13.

[7]駱曉玲，劉亮亮.復(fù)合材料壓力容器的性能分析[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2011，220-223.

[8]孫凌，周魯光，黃紹華.壓力容器制造中材料代用的探討[J].油氣田地面工程，2009，28(4):39-40.

[9]徐宏，徐國洪，顧麗梅，顧林.壓力容器用材料的問題及淺談[J].化學(xué)工程與裝備，2012(4):96-97.

[10]賀志榮，周敬恩，王芳.先進(jìn)材料及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].陜西工學(xué)院學(xué)報，2001，1(4):7-10.

[11]章偉燦.基于復(fù)合材料的壓力容器研究發(fā)展[J].石油和化工設(shè)備，2007，14-17.

作者:華媛 單位:陜西電子科技職業(yè)學(xué)院