有些压力容器，如热壁加氢反应器，长期在高温下工作； 其他的，例如液氢或液氧储罐，则在低温下工作。 钢在高低温下的性能与常温下不同，高温下的性能往往与作用时间有关。
短期静载荷条件下的影响
在高温下，温度对低碳钢力学性能的影响如下图所示。 弹性模量E和屈服强度ReL随温度升高而降低，而抗拉强度Rm首先随温度升高而升高，但当温度达到一定值时又迅速下降。 因此，当温度较高时，仅根据钢材在室温下的抗拉强度和屈服强度来确定许用应力是不够的。 一般还应考虑材料在设计温度下的屈服强度。
低温时，碳钢和低合金钢的强度随温度降低而增加，而韧性降低。 奥氏体不锈钢在提高强度的同时仍具有良好的韧性。 对于碳钢和低合金钢，当温度低于20℃时，通常采用20℃温度下的许用应力； 对于奥氏体不锈钢，低温时的许用应力可以比常温时高。
当温度低于一定限度时，钢的冲击吸收能显着下降，由塑性状态转变为脆性状态。 该温度通常称为延性-脆性转变温度或非延性转变温度。 钢材低温脆化是在低温下运行的压力容器中经常遇到的现象。 测定钢的韧脆转变温度有不同的方法和手段。 在不同温度下的一系列冲击试验中，冲击吸收功急剧变化或断裂韧性急剧变化的临界温度就是钢的韧脆转变温度。
需要注意的是，并非所有金属都会表现出明显的低温脆化。 一般来说，具有体心立方晶格的金属，如碳钢、低合金钢，会产生明显的低温脆性； 而面心立方晶格的金属，如铜、铝和奥氏体不锈钢，冲击吸收功随温度变化很小，在很低的温度下仍具有很高的韧性。
高温和长期静载荷条件的影响
在室温下，连续载荷对钢材力学性能的影响并不明显，但在高温下q345 钢材 使用 温度，钢材的强度和其他性能不仅随温度的升高而变化，而且与时间密切相关。 金属在高温和恒定载荷的长期作用下缓慢发生塑性变形的现象称为蠕变。 仅当温度达到一定水平时才会发生蠕变。 当碳钢温度超过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。 蠕变的结果是压力容器材料的蠕变脆化、应力松弛、蠕变变形和蠕变破裂。 因此，在设计高温压力容器时应采取措施防止蠕变破坏。
①蠕变曲线
当温度和应力给定时，金属材料的应变与时间的关系可以用下图所示的蠕变曲线来表示。 典型的蠕变曲线一般可分为三个阶段：减速蠕变、恒速蠕变和加速蠕变。 图中线段Oa为试件加载后的瞬时应变。 从 a 点开始随时间增加的应变被认为是蠕变。 蠕变曲线上任意点的斜率表示该点的蠕变速率。
上图中，ab为蠕变第一阶段，即蠕变不稳定阶段。 蠕变速率随时间的增加而逐渐减小，故又称蠕变减速阶段； bc 是蠕变的第二阶段。 ，该阶段材料以几乎恒定的蠕变速率变形，故又称蠕变恒速阶段； cd是蠕变的第三阶段，蠕变速率继续增加直至断裂。
同一材料在给定温度下不同应力下或不同温度下给定应力下的蠕变曲线形状并不相同。 当应力较小或温度很低时，第二阶段持续时间较长，甚至没有第三阶段； 反之，当应力较大或温度较高时，第二阶段的持续时间较短，甚至完全消失。
②蠕变极限和持久强度
蠕变极限是材料在高温和长期载荷作用下抵抗变形的能力。 一般用在给定温度和规定时间内使试件产生一定蠕变伸长量的应力值来表示。 蠕变极限通常用Rnt表示，是指在设计温度下工作或试验10万小时后，发生1%变形时的平均应力。 '
耐久强度是指在给定温度下经过指定时间后导致材料断裂的应力值。 它是材料在高温和长期载荷作用下抵抗断裂的能力。 耐久强度通常用RDt表示，是指在设计温度下工作或测试10万小时后不断裂的平均最大应力。 对于常温下工作的零件，弹性变形后，如果总变形量不变，零件内的应力也保持不变。 但在高温和拉应力的共同作用下，随着时间的推移，如果总变形量不变，则因蠕变而逐渐增加的塑性变形将逐渐取代原来的弹性变形，从而逐渐降低材料中的应力。部分。 这类构件在高温和长期应力作用下，总变形量保持不变，应力随时间增加而自发逐渐减小的现象称为应力松弛。 材料抵抗应力松弛的特性是松弛稳定性。 例如，高温压力容器中的连接螺栓可能会因应力松弛而导致容器泄漏。
高温下材料性能恶化
在室温下，钢的金相组织和机械性能一般相当稳定，不随时间变化。 然而，在高温下，钢的行为与室温下材料的行为不同。 钢的金相组织和机械性能发生变化，即材料性能变坏。 除前面介绍的蠕变脆化外，长期在高温下工作的钢材材料性能的劣化主要包括：珠光体球化、石墨化、回火脆化、氢腐蚀和氢脆等。
① 珠光体球化
压力容器采用碳钢和低合金钢。 室温下的组织一般为铁素体加珠光体。 正常的珠光体组织是片状渗碳体均匀分布在铁素体基体上。 当温度较高时，片状渗碳体会逐渐聚集成球状，使材料的屈服强度、抗拉强度、冲击韧性增加，蠕变极限和持久强度下降，这种现象称为珠光体球化。 例如，适度的球化处理会使碳钢的常温强度降低10%～15%； 严重的球化会使强度降低20%~30%。 经过球化处理的钢可以通过热处理恢复到原来的组织。
②石墨化
当钢长期暴露在高温下时，珠光体体中的渗碳体自动分解成石墨，Fe3C->3Fe+C（石墨），称为石墨化或墨析出。 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结果。 石墨化使钢材变脆，强度和塑性降低，冲击韧性进一步降低。 碳钢、碳锰钢在425℃以上温度下长期使用时，应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向。 设计中可采取的措施包括：改变材料，如选择适合中温条件下使用的压力。 容器采用铬钼钢； 降低容器的设计使用寿命； 适当增加容器壳体厚度、降低受压元件应力水平等。
③回火脆化
Cr-Mo钢处于脆化温度范围（300~600℃）后，材料及焊接接头在室温下的冲击功显着降低或塑脆转变温度升高，称为回火脆化。 影响回火脆性的主要因素是化学成分和热处理条件。 P、Sb、Sn、As等杂质元素越多，奥氏体化温度越高，Cr-Mo钢对回火脆化越敏感。
④氢腐蚀和氢脆
氢气会导致多种类型的材料降解。
Ⅰ. 氢腐蚀是指钢中的氢与碳在高温高压下发生化学反应生成甲烷，又称氢腐蚀。 根据氢腐蚀的发展阶段和严重程度，氢腐蚀可分为两个阶段：一是氢与钢表面的碳结合生成甲烷q345 钢材 使用 温度，引起钢表面脱碳，使力学性能恶化； 其次，氢渗透到钢的内部，与固溶体中的碳或碳化物反应生成甲烷。 产生的甲烷不能扩散出去，聚集在晶界处，在高压下形成气泡，引起内部脱碳，在钢中形成微裂纹。
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，碳钢在200℃以上的高压氢气环境中就可能发生氢腐蚀。 在钢中添加铬、钒、钛、钨等能形成稳定碳化物的元素，可提高钢的抗氢腐蚀能力。 奥氏体不锈钢非常耐氢腐蚀。
目前，一般根据氢腐蚀环境下的曲线来选择钢材。 根据此曲线，当氢分压小于3.45MPa时，碳钢的允许使用温度约为250℃； 当氢分压小于6.9MPa时，1.25Cr-0.5Mo钢的允许使用温度为520℃左右。 确定设计温度时，应留有20℃以上的温度安全裕度。
二. 氢脆是指钢因吸收氢而韧性下降的现象。 这是一种氢引起的环境脆化。 氢的来源有两种：一是内部氢，指钢在冶炼、焊接、酸洗等过程中吸收的氢； 另一种是外部氢，指钢铁在氢气环境下使用时吸收的氢。
在高温、高氢分压环境下运行的压力容器中，氢会以原子形式渗入钢中，并被钢的基体溶解和吸收。 当容器冷却时，氢的溶解度大大降低，形成氢分子积聚，引起氢脆。 因此，此类容器停放时，应先减压，并保温以消除氢气（200℃以上），然后降至常温。 切勿先降低温度再降低压力。 需要指出的是，高温并不是氯脆发生的必要条件。 当氢气压力很高时，钢在常温下也可能发生氢脆，即常温高压氢脆。
当钢长期暴露在高温下时，合金元素在固溶体和碳化物相之间也会发生重新分布。 那些强化固溶体的合金元素，如铬、铝、锰等，会继续溶解，从而使材料的高温强度下降。
材料的脆化仅靠目视检查和无损检测无法有效发现，因此由此引发的事故往往是突发的。 在设计阶段，预测材料性能在使用过程中是否会恶化并采取有效的预防措施，对于提高压力容器的安全性具有重要意义。
结尾
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