压力容器选材浅析范文

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摘要：

材料是人类文明的基础，材料的多样化发展更是社会经济高效发展的动力。压力容器的合理选材关乎安全、经济等诸多因素，通过对压力容器钢制选材与复合材料的优劣对比，指出了复合材料更大的发展空间。

关键词：

材料；压力容器；复合材料

一、材料分类及发展

材料是人类生存和生活的重要组成部分，是人类文明发展的物质基础和先导，是推动社会发展的动力。材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史[1]。历史上有石器时代、铜器时代、铁器时代，即人类往往用某种材料命名一个时代，由此可见材料对人类文明与进步的重要性[2]。材料是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质[1]。广义的材料包括对人类有用的各种物质，而材料科学所探讨的材料一般是指固体材料。目前各国注册的各种材料已有几十万种，而且还在不断增加中[1]。现在的材料种类繁多：按材料本身的性质，有金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料、液晶材料等。金属材料又分为黑色金属材料和有色金属材料[3]。按作用分，有结构材料和功能材料[3]。结构材料主要是利用材料的力学和物理化学性质，广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输和能源等各个工业部门。功能材料则利用材料的热、光、电、磁等性能，用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。功能材料的最新发展是智能材料，具有环境判断功能、自我修复功能和时间轴功能，人们称智能材料是21世纪的材料[1]。我国于20世纪80年代末开始进行研究的纳米材料，在电子、光学、传感、生物、医学等领域中都有着广阔的应用前景[4]。

二、压力容器用材的发展现状

现代科学技术的发展将以生物技术、信息技术和新材料的发展为三大支柱，其中新材料的发展是当代高新技术的基础，也是现代工业的基石。我国的机械制造业在工业化进程中有着举足轻重的作用，是创造人类财富的支柱产业。机械设计中材料的选择和应用作为机械行业对国民经济发展的重要支撑，在经济发展中有非常重要的作用，为国民经济的发展作出了重要的贡求，材料的需求与时代密切相关，钢制压力容器的材料选择是压力容器设计过程中的重要部分。如果压力容器在设计和制造过程中材料选择不当，则为压力容器的安全性能带来隐患[5]。如大型浮顶油罐，对油罐使用的材料要求很高，合理选材是防止油罐脆性断裂的必要条件[6]。以往压力容器材料多为金属板材，容器内衬采用耐腐蚀的合金钢材料，外层进行金属层板包扎以提高机械强度，但金属材料密度大造价高，尤其是在腐蚀严重的场合选用合金钢材料，给工业生产带来许多不便[7]。

（1）压力容器用低合金钢，虽然机械性能指标优于碳素钢，但其可焊性、冷加工性能却不如碳素钢好

(2)镇静钢在许多方面的性能都优于沸腾钢，但是当用于制造搪玻璃容器时，沸腾钢的搪瓷效果反而比镇静钢好[8]。

（3）奥氏体不锈钢耐通常介质腐蚀效果优于碳钢及低合金钢，但其耐含cl-介质腐蚀性能不如碳素钢和低合金钢[9]。

(4)超低碳不锈钢的价格和耐腐蚀性能虽然优于普通不锈钢但其，高温热强性却不如普通不锈钢，碳在奥氏体不锈钢中具有两重性。

从耐腐蚀性来说，需要降低含碳量；而从耐高温性能来说则需要适当提高含碳量[8]。如奥氏体不锈钢、镍基合金、铝合金和9Ni钢，对于奥氏体不锈钢和镍基合金，9Ni钢具有合金含量少、经济性高的优点。相对于铝合金，9Ni钢有强度高，热膨胀率小的优点[6]。由此可见材料的设计创新还具有更大的发展空间。20世纪40年代，复合材料得到迅速发展。颗粒、纤维或薄膜材料往往不能单独使用，常常与金属或非金属基体材料结合在一起使用，这种材料称为复合材料[10]。复合材料压力容器具有以下优点：

(1)制成的容器重量比较轻、刚性好、强度高；

(2)金属材料的疲劳破坏常常是没有任何明显预兆的突发性破坏。而复合材料中增强物与基体的结合面，不仅能有效地传递载荷，还能阻止裂纹的扩展，提高材料的断裂韧性；

(3)复合材料中的有大量增强纤维，当材料过载而少数纤维断裂时，载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上，这样整个构件在短期内不至于失去承载能力；

(4)无需特殊处理即能满足耐腐蚀要求[11]。但是复合材料压力容器的发展仍处于初步阶段，还没有成套的理论分析，对复合材料压力容器的内部结构变化尚不能做明确分析，随着科技的发展，复合材料压力容器仍具有很大的研发价值空间[7]。

参考文献：

[1]连红芳.材料的发展[J].威海职业学院生物与化学工程系，2007(8):377-379.

[3]材料的分类.2001.

[4]陈改荣.纳米材料的特性及发展[J].平原大学学报，2000，17(4):41-43.

[5]赵宏伟，张金博.压力容器承压设备用钢韧性探析[J].煤炭与化工，2016，39(4):154-155.

[6]王颖，唐兴华.油罐大型化及选材问题[J].油气田地面工程，2008，27(3):11-13.

[7]骆晓玲，刘亮亮.复合材料压力容器的性能分析[J].机械设计与制造，2011，220-223.

[8]孙凌，周鲁光，黄绍华.压力容器制造中材料代用的探讨[J].油气田地面工程，2009，28(4):39-40.

[9]徐宏，徐国洪，顾丽梅，顾林.压力容器用材料的问题及浅谈[J].化学工程与装备，2012(4):96-97.

[10]贺志荣，周敬恩，王芳.先进材料及其应用研究进展[J].陕西工学院学报，2001，1(4):7-10.

[11]章伟灿.基于复合材料的压力容器研究发展[J].石油和化工设备，2007，14-17.

作者:华媛 单位:陕西电子科技职业学院