温度对压力容器用钢材性能的影响(2)

③回火脆化

①蠕变曲线

短期静载条件下的影响

钢材长时间在高温下，还会发生合金元素在固溶体和碳化物相之间的重新分配，那些对固溶体起强化作用的合金元素，如铬、铝、锰等，都会不断脱溶，从而使材料高温强度下降。

影响氢腐蚀的因素主要有：温度、氢分压、时间、合金成分、应力等。一般情况下，碳素钢在200℃以上的高压氢环境中有可能发生氢腐蚀。钢中加入铬、钒、钛、钨等能形成稳定碳化物的元素，可提高钢抗氢腐蚀的能力。奥氏体不锈钢可以很好地抵抗氢腐蚀。

在室温下，持续载荷对钢材力学性能影响不明显，但是在高温下钢材的强度等性能除随温度的升高而改变外，还和时间有密切关系。金属在长时间的高温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。只有当温度达到一定程度时才会出现蠕变现象。碳素钢的温度超过300~350℃，低合金钢超过400℃，铬钼低合金钢超过450℃，高合金钢超过550℃时，蠕变现象明显。蠕变的结果是使压力容器材料产生蠕变脆化、应力松弛、蠕变变形和蠕变断裂。因此，高温压力容器设计时应采取措施防止蠕变破坏发生。

①珠光体球化

Ⅱ.氢脆是指钢因吸收氢而导致韧性下降的现象，属氢致环境脆化。氢的来源有两种途径：一是内部氢，指钢在冶炼、焊接、酸洗等过程中吸收的氢；二是外部氢，指钢在氢环境中使用时所吸收的氢。

在高温、高氢分压环境下工作的压力容器，氢会以原子形式渗入到钢中，被钢的基体所溶解吸收。当容器冷却后，氢的溶解度大为降低，形成分子氢的富集，造成氢脆。因此，这类容器在停车时，应先降压，保温消氢(200℃以上)后，再降至常温。切不可先降温后降压。需要指出的是：高温并不是氯脆的必要条件，当氢气的压力很高时，在常温下钢材也有可能发生氢脆，即常温高压氢脆。

在低温下，随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性降低。奥氏体不锈钢在强度提高的同时仍有良好的韧性，对于碳素钢和低合金钢，当温度低于20℃时，通常采用温度为20℃的许用应力；对奥氏体不锈钢，在低温下可以取比常温下更高的许用应力。

钢在高温长期作用下，珠光体内渗碳体自行分解出石墨的现象，Fe3C->3Fe+C(石墨)，称为石墨化或析墨现象。石墨化的第一步是珠光体球化，石墨化是钢中碳化物在高温长期作用下分解的最终后果。石墨化使钢材发生脆化，强度和塑性降低，冲击韧性降低得更多。碳素钢和碳锰钢在高于425℃下长期使用时，应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向，设计中可以采取的措施有：改变材质，如选择适合于中温条件下使用的压力容器用Cr-Mo钢；降低容器的设计使用寿命；适当提高容器的壳体厚度和降低受压元件应力水平等。

Ⅰ.氢腐蚀是指高温高压下氢与钢中的碳形成甲烷的化学反应，又称为氢蚀。按照发展阶段和严重程度，氢腐蚀可分为两个阶段：一是氢与钢材表面的碳化合生成甲烷，引起钢表面脱碳，使力学性能恶化；二是氢渗透到钢材内部，与固溶碳或碳化物反应生成甲烷。生成的甲烷，不能扩散出去，聚集在晶界上，形成压力很高的气泡，造成钢材内部脱碳和微裂纹的形成。

氢能引起材料多种类型的性能劣化。

需要注意的是，并不是所有金属都会产生明显的低温变脆现象。一般说来，具有体心立方晶格的金属，如碳素钢和低合金钢，都会产生明显的低温变脆现象；而具有面心立方晶格的金属，如铜、铝和奥氏体不锈钢，冲击吸收功随温度的变化很小，在很低的温度下仍具有较高的韧性。

②石墨化

有的压力容器，例如热壁加氢反应器，长期在高温下工作；又如液氢或液氧储罐，在低温下工作。钢材在高温和低温下的性能与常温下并不相同，且高温下往往与作用时间有关。

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