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，材料的多樣化發展更是社會經濟高效發展的動力。壓力容器的合理選材關乎安全、經濟等諸多因素，通過對壓力容器鋼制選材與復合材料的優劣對比，指出了復合材料更大的發展空間。

關鍵詞：

材料；壓力容器；復合材料

一、材料分類及發展

材料是人類生存和生活的重要組成部分，是人類文明發展的物質基礎和先導，是推動社會發展的動力。材料發展的歷史從生產力的側面反映了人類社會發展的文明史[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步的重要性[2]。材料是指經過某種加工，具有一定結構、組分和性能，并可應用于一定用途的物質[1]。廣義的材料包括對人類有用的各種物質，而材料科學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]。現在的材料種類繁多：按材料本身的性質，有金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復合材料、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，有結構材料和功能材料[3]。結構材料主要是利用材料的力學和物理化學性質，廣泛應用于機械制造、工程建設、交通運輸和能源等各個工業部門。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領域。功能材料的最新發展是智能材料，具有環境判斷功能、自我修復功能和時間軸功能，人們稱智能材料是21世紀的材料[1]。我國于20世紀80年代末開始進行研究的納米材料，在電子、光學、傳感、生物、醫學等領域中都有著廣闊的應用前景[4]。

二、壓力容器用材的發展現狀

現代科學技術的發展將以生物技術、信息技術和新材料的發展為三大支柱，其中新材料的發展是當代高新技術的基礎，也是現代工業的基石。我國的機械制造業在工業化進程中有著舉足輕重的作用，是創造人類財富的支柱產業。機械設計中材料的選擇和應用作為機械行業對國民經濟發展的重要支撐，在經濟發展中有非常重要的作用，為國民經濟的發展作出了重要的貢求，材料的需求與時代密切相關，鋼制壓力容器的材料選擇是壓力容器設計過程中的重要部分。如果壓力容器在設計和制造過程中材料選擇不當，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，容器內襯采用耐腐蝕的合金鋼材料，外層進行金屬層板包扎以提高機械強度，但金屬材料密度大造價高，尤其是在腐蝕嚴重的場合選用合金鋼材料，給工業生產帶來許多不便[7]。

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

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

（3）奧氏體不銹鋼耐通常介質腐蝕效果優于碳鋼及低合金鋼，但其耐含cl-介質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于普通不銹鋼但其，高溫熱強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、經濟性高的優點。相對于鋁合金，9Ni鋼有強度高，熱膨脹率小的優點[6]。由此可見材料的設計創新還具有更大的發展空間。20世紀40年代，復合材料得到迅速發展。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合在一起使用，這種材料稱為復合材料[10]。復合材料壓力容器具有以下優點：

(1)制成的容器重量比較輕、剛性好、強度高；

(2)金屬材料的疲勞破壞常常是沒有任何明顯預兆的突發性破壞。而復合材料中增強物與基體的結合面，不僅能有效地傳遞載荷，還能阻止裂紋的擴展，提高材料的斷裂韌性；

(3)復合材料中的有大量增強纖維，當材料過載而少數纖維斷裂時，載荷會迅速重新分配到未破壞的纖維上，這樣整個構件在短期內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]。但是復合材料壓力容器的發展仍處于初步階段，還沒有成套的理論分析，對復合材料壓力容器的內部結構變化尚不能做明確分析，隨著科技的發展，復合材料壓力容器仍具有很大的研發價值空間[7]。

參考文獻：

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[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.

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[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.

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[10]賀志榮，周敬恩，王芳.先進材料及其應用研究進展[J].陜西工學院學報，2001，1(4):7-10.

[11]章偉燦.基于復合材料的壓力容器研究發展[J].石油和化工設備，2007，14-17.

作者:華媛 單位:陜西電子科技職業學院